Атомарное и орбитальное моделирование топологических магнитных возбуждений в слоистых гелимагнетиках нового поколения

Проект направлен на развитие и качественное углубление понимания физики топологических магнитных возбуждений в двумерных и слоистых структурах переходных металлов, синтезируемых в последние годы. Класс магнитных соединений с редуцированным кристаллическим полем особо выделяется на фоне объёмных кристаллов более высокой чувствительностью к внешним полевым, электрическим, химическим и механическим воздействиям. Это открывает широкие горизонты для коммерциализации технологий спинтроники в области построения элементарных логических устройств и модулей компьютерной памяти высокой производительности и малого энергопотребления. Однако теоретическое изучение магнетизма в двумерных и слоистых материалах также всегда сопряжено с дополнительными трудностями - методологического и технического свойства. Теорема Мермина-Вагнера, запрещающая возникновение в таких системах термически стабильного магнитного порядка за счёт Гейзенберговского обменного взаимодействия, указывает на необходимость различных по природе механизмов, чей компенсаторный эффект в этом случае порождает магнитное состояние материала. Это означает, что для построения физически адекватной модели необходим строгий учёт всех таких механизмов, поэтому сложность численного решения модели резко возрастает. С другой стороны, многие представители класса квазидвумерных магнетиков демонстрируют металлический характер электронной структуры, что делает численное рассмотрение на уровне отдельных атомов и их орбиталей ещё более затруднительным: высокая концентрация электронов проводимости делает интенсивность короткодействующих и дальнодействующих взаимодействий соизмеримой, а прямые пространственные суммы парных взаимодействий - численно нестабильными. Это приводит к неспособности адекватной оценки макроскопических характеристик материала, таких как температура Кюри, тензор спиновой жесткости, период спиновой спирали и др. Главная цель Проекта - методологическое развитие аппарата функций Грина с пространственным разрешением внутри кристалла, для численно стабильного моделирования топологических магнитных возбуждений в двумерных и слоистых материалах; а также применение этого аппарата для изучения магнитных свойств передовых и наиболее перспективных квазидвумерных соединений переходных металлов Fe3GeTe2, Cr2Ge2Te6 и др. Для этого будет проведена аналитическая работа по выводу выражений для нахождения вектора атомного магнитного вращающего момента (on-site magnetic torque), парных анизотропных взаимодействий Дзялошинского-Мория и тензора одноузельной магнитной анизотропии с использованием нелокальных функций Грина. Это впервые позволит вести численно устойчивое теоретическое рассмотрение коллективных магнитных возбуждений с атомной и орбитальной детализацией в веществах с проводящей электронной структурой. Применение данных выражений будет организовано на основе современных подходов первопринципного моделирования. Ожидается, что прямая покомпонентная реконструкция анизотропной картины магнитных взаимодействий (на уровне электронных и спиновых гамильтонианов) позволит не только качественно расширить понимание физических механизмов, лежащих в их основе, но и очертит новые горизонты их приложения к существующим и перспективным компьютерным модулям нового поколения.