Квантово-механическое моделирование физических свойств коррелированных электронных материалов для улучшения их функциональных характеристик.

Целенаправленный экспериментальный поиск новых материалов труден и дорог, поэтому чаще всего успех основан либо на удачном случае, либо на интуитивном понимании материалов технологами. После появления первопринципных расчетов (ППР) стало возможным отсечь часть путей и указать более перспективные возможности. Однако, ввиду невообразимой сложности проблемы расчета свойств материалов ППР доступны только в простых приближениях. Положительная сторона этих расчетов заключается в том, что они, учитывая наиболее сильные кулоновские взаимодействия, зачастую позволяют довольно надежно сравнивать устойчивость различных структур при одном и том же составе и исследовать их поведение под давлением. Но, к сожалению, эти методы не позволяют изучать фазовые диаграммы, кинетические и другие свойства при отличной от абсолютного нуля температуры и, тем более, под действием внешних полей. По этой причине для понимания физики процессов строятся разнообразные модели. Параметры моделей зачастую выбираются из подгонки к определенному эксперименту и вопрос о том, насколько такая модель обеспечивает правильное распределение локального заряда в веществе (т.е., правильный учет самых сильных взаимодействий), а также возможность описания других экспериментов в рамках той же самой модели, чаще всего просто игнорируется. В предлагаемом проекте мы ставим задачу построения моделей для описания определенных классов веществ с выбором их параметров на основе ППР таким образом, чтобы а) управляемое кулоновскими взаимодействиями локальное распределение заряда, генерируемое моделью воспроизводило таковое из ППР; б) модели позволяли описывать и предсказывать целую совокупность экспериментов и свойств веществ, перспективных для приложений. В качестве одной из первоочередных задач мы планируем продолжить изучение силицидов переходных металлов, в первую очередь железа и марганца. Во-первых, эти материалы, весьма перспективны для нужд спинтроники, так как в настоящее время почти вся существующая электроника устроена на Si; добавление спиновых (магнитных) степеней свободы, обеспечиваемых ионами железа, позволит внести дополнительный канал переноса/записи информации. Во-вторых, они производятся и изучаются экспериментально в Институте физики СО РАН в Красноярске. В третьих, они представляют интерес и с точки зрения фундаментальных исследований. Например, до сих пор является загадочным обнаруженная экспериментально сильная зависимость формирования момента на атомах железа от локального окружения,но не ближайших атомов-соседей, а следующих за ближайшими. Поскольку задачи минимизации размеров приборов требуют использования пленочной геометрии с малым числом слоев, этот вопрос является определяющим и для выработки практической технологии получения материала с требуемыми свойствами. Далее, поскольку формирование магнетизма в материале определяется взаимодействием с дальними соседями, возникает вопрос о температурном интервале, где магнетизм является устойчивым. Как было упомянуто выше, этот вопрос может быть решен только на основе изучения термодинамики соответствующей модели, но не в рамках ППР. Это также является одной из целей проекта.