Магнитные и электрические свойства упорядоченных манганитов РЗМ при изовалентном замещении редкоземельных элементов, внешнем давлении и деформации.

Двойные (упорядоченные) манганиты LnBaMn2O6 (Ln – редкоземельный металл), также как и обычные манганиты LnMnO3, допированные кальцием, стронцием или барием, демонстрируют сложную диаграмму магнитных и электрических состояний с различными типами зарядового и орбитального упорядочения. Также как неупорядоченные, двойные манганиты демонстрируют эффект колоссального магнитосопротивления и магнитокалорический эффект, поэтому эти материалы интенсивно исследуются в последние годы. Более того, в отличие от неупорядоченных, для двойных манганитов температуры фазовых переходов значительно выше – они происходят вблизи комнатной температуры и даже при более высоких температурах; это повышает их привлекательность для практического применения в качестве сенсоров, магниторезисторов, магнитокалориков, оптических элементов, датчиков поля и т.д. Для неупорядоченных допированных манганитов граница между ферромагнитным металлическим состоянием и изолятором с зарядовым упорядочением связана с балансом состояний Mn3+ и Mn4+. Для двойных манганитов формальная валентность Ln3+ и условие электронейтральности обеспечивают такой баланс a priori. Тем не менее, в зависимости от радиуса редкоземельного элемента в двойном манганите реализуется либо ферромагнитное упорядочение, либо зарядовое упорядочение. Нами впервые получены и исследованы твердые растворы (Nd1-xLnx)BaMn2O6, Ln = Sm, Pr и показано, что граница между этими двумя типами порядка локализована в системе Nd1-xSmxBaMn2O6 вблизи х~1/4. В проекте ставится задача поиска факторов, определяющих границу металлического и изолирующего, ферромагнитного и антиферромагнитного состояний двойных манганитах. В качестве таких факторов будут рассмотрены три возможности: варьирование химического состава (изовалентное замещение редкоземельного элемента), внешнее давление и деформации, формируемые при сжимающих/растягивающих напряжениях со стороны подложки для пленок или одноосная деформация(растяжение/сжатие) пленок. С этой целью будет использована оригинальная установка, позволяющая измерять электросопртивление 4-зондовым методом при одноосной деформации пленок. В результаты будут построены P-T-x диаграммы магнитных и электрических состояний, все данные будут получены впервые. На основе литературных и собственных данных будут выбраны составы перспективных магниторезистивных и магнитокалорических материалов, которые будут синтезированы в виде керамики и пленок, будут измерены характеристики магниторезистивного и магнитокалорического эффекта. Будут изучены двойные манганиты, переход металл-изолятор в которых связан с орбитальным упорядочением или зарядово-орбитальным упорядочением в подсистеме марганца. Для разделения спиновых и орбитальных вкладов в магнитный момент марганца и редкоземельного элемента будет использован рентгеновский магнитный круговой дихроизм (XMCD). Результаты этих исследований создадут основу для управления орбитальными степенями свободы магнитных атомов (т.н. «орбитальная физика»). На основе этих данных и результатов исследования кристаллической структуры будут выполнены расчеты электронной структуры материалов методами, учитывающими сильнокоррелированное состояние в электронной подсистеме (eDMFT, DFT+U, в том числе с учетом магнитного момента). Данные расчетов будут использованы для анализа природы магнитных и электрических фазовых переходов. При реализации проекта коллективом будет освоена методика получения пленок, в том числе тонких пленок двойных манганитов, методы аттестации и исследования пленок. Будет освоена методика XMCD. Все полученные результаты будут новыми. Данные будут опубликованы не менее, чем в 4 научных статьях в рецензируемых журналах базы данных WoS.