Формирование упорядоченных фаз и природа многочастичных возбуждений в потенциальных магнитоэлектрических сложных оксидах со структурой перовскита

Поиск новых материалов и способов оптимизации их свойств, определяемых потребностями современных динамично развивающихся отраслей экономики, таких как микроэлектроника, инфо-телекоммуникационные технологии и возобновляемая энергетика, сосредоточил вокруг себя усилия значительной части научного сообщества. В связи с этим конструирование материалов с заданными свойствами за последние десятилетия вышло на принципиально новый уровень и позволяет формировать уникальные системы для изучения магнитных, электрических и магнитоэлектрических взаимодействий как с фундаментальной, так и с практической точек зрения. Хотя квантовый фазовый переход происходит при температурах, близких к абсолютному нулю, его эффекты можно увидеть при высоких температурах, и считается, что он отвечает за экзотические свойства, такие как высокотемпературная сверхпроводимость. Нарастающий исследовательский интерес наблюдается в области изучения квантовой критичности в магнитных и сегнетоэлектрических системах, а также взаимодействия этих квантово-критических поведений. Наиболее перспективными материалами для исследования таких процессов считаются виртуальные сегнетоэлектрики типа смещения, в которых магнитные свойства индуцируются легированием, а основным маркером квантовой критичности выступает низкочастотная динамика решетки. При этом эти и другие материалы с высокими полярными и спиновыми энтропиями при низких температурах могут быть кандидатами на усовершенствование криогенного твердотельного охлаждения, основанного как на электрокалорическом, так и на магнитокалорическом эффектах. При усиливающимся научном интересе к квантовым эффектам в мультиферроиках доступная на сегодняшний день информация о систематических спектроскопических исследованиях указанных материалов в широком частотном и температурном диапазонах крайне ограничена. В связи с этим будут впервые выполнены детальные исследования динамики решетки, кристаллической структуры и механизмов формирования упорядоченных фаз перовскитных систем Sr0.98M0.02TiO3 (M = Mn, Co, Fe, Ni, Pr, Eu, Ho, Dy, Sm) и Bi1-xAxBO3 (A= Ca, Sr, Pb; B = Fe, Cr, Sc, Mn, Ni, Co). С феноменологической точки зрения система Sr0.98M0.02TiO3 считается одной из самых перспективных для наблюдения мультиферроичной квантовой критичности, в то время как система Bi1-xAxBO3 позволяет «настраивать» температуры полярных и магнитных фазовых переходов в широком диапазоне. При этом обе системы обладают близкими параметрами кристаллической решетки, что дает возможность синтезировать тонкие пленки и гетероструктуры на их основе. В таких структурах наблюдается улучшение фотоэлектрических характеристик, что при их экологичности и химической стабильности дает основание рассматривать их как перспективные материалы для солнечной энергетики. В качестве основного метода для исследования фазовых переходов, взаимосвязанности спиновой, дипольной и электронной подсистем будет использована широкодиапазонная оптическая спектроскопия, включающая взаимодополняющие методики: комбинационное рассеяние света (КРС), ТГц-спектроскопия, ИК-Фурье спектроскопия. Возможность фиксировать в спектрах систем возбуждения различной природы (полярные "мягкие" фононы, магноны, электромагноны, поляроны, волны зарядовой плотности и др.) под воздействием внешних статических электрических или магнитных полей и в широком температурном диапазоне позволит получить важную информацию о деталях фазовых состояний и превращений между ними. Результаты отсутствовавших ранее систематических спектроскопических исследований будут представлять несомненный интерес для разработки и создания устройств на основе низкотемпературных сегнетоэлектриков и мультиферроиков.