КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 16-12-10514

НазваниеИсследование магнитного состояния и зарядового распределения в мультиферроиках и фрустрированных магнетиках методами ЯМР

РуководительМихалев Константин Николаевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Свердловская обл

Годы выполнения при поддержке РНФ 2016 - 2018 

КонкурсКонкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-207 - Магнитные явления

Ключевые словаЯМР, мультиферроики, фрустрированные магнетики, несоразмерная магнитная структура, ядерная спиновая релаксация, сдвиг резонансных линий, градиент электрического поля.

Код ГРНТИ29.03.37


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В проекте предполагается выполнить комплексные ЯМР исследования магнитных фазовых диаграмм, особенностей зарядового, магнитного и сегнетоэлектрического упорядочения, низкочастотной спиновой динамики в несоразмерных фрустрированных магнетиках CuMeO2, (Me = Fe,Cr,Al), Ni3-xMxV2O8 (M = Zn, Mn, Co), PbCu3TeO7, BiFехCo1-xO3 в зависимости от состава веществ, температуры, величины и направления внешних магнитного и электрического полей. Полученные экспериментальные результаты будут использованы для выяснения особенностей магнитной структуры в фрустрированных магнетиках, природы сегнетомагнетизма в них. Эти исследования позволят получить информацию о взаимосвязи магнитной структуры с электрическим упорядочением, о низкочастотных движениях и пространственных электронных и спиновых корреляциях в исследуемых веществах. Важность подобных исследований обусловлена как широкими возможностями практического использования этих магнетиков в современной электронике и спинтронике, так и решением фундаментальных проблем физики конденсированного состояния, в частности изучением основного состояния цепочек спинов при наличии фрустрации. Метод ЯМР, предлагаемый в данном исследовании в качестве основного, является локальным, что позволяет получать информацию о происходящих физических процессах на микроуровне. Его преимущества над нелокальными методами до сих пор не были использованы в полной мере для изучения свойств магнетиков, предлагаемых для исследования.

Ожидаемые результаты
В данном проекте ожидается получение следующих результатов. 1. Определить компоненты тензора градиента электрического поля (ГЭП), константы электрон-ядерных взаимодействий (СТВ), измерить скорости спин-решеточной и спин-спиновой релаксации на различных ядрах в магнетиках CuMeO2, (Me = Fe,Cr,Al), Ni3-xMxV2O8 (M = Zn, Mn, Co), PbCu3TeO7, BiFехCo1-xO3. Исследования ГЭП дадут информацию о возможных зарядовых упорядочениях в кристаллах, а также о структурных переходах и/или локальных искажениях кристаллической решетки. Константы СТВ зависят от степени гибридизации тех или иных электронных орбиталей, их заполнения, основного состояния электронной системы, а потому локальные измерения СТВ дают ценнейшую информацию об особенностях электронной структуры соединения, которая может быть использована в зонных расчетах, а также при квантово-химическом анализе материалов. Релаксационные измерения, в свою очередь, зондирут низкочастотные (0 – 100 MГц) движения в исследуемом веществе, причем как зарядовые, так и магнитные. Совместный анализ данных по сдвигам и релаксации позволяет уточнить величины СТВ, их зависимость от волнового пространственного вектора q, а, следовательно, дает информацию о различных пространственных корреляциях в системе. 2. Результаты экспериментов позволят, как ожидается, прояснить природу магнитного упорядочения и определить тип магнитной структуры во фрустрированых магнетиках Ni3-xMxV2O8 (M = Zn, Mn, Co) и PbCu3TeO7, проследить за её эволюцией в зависимости от величины и направления внешнего магнитного поля. Определение фазовой диаграммы в вышеназванных материалах представляет большой интерес, как с точки зрения фундаментальной науки, так и практического использования этих веществ. 3. В случае удачного завершения ЯМР эксперимента в сильном электрическом поле мы рассчитываем получить уникальную информацию о влиянии электрической поляризации на ЯМР спектры 63,65Cu,57Fe, 53Сr и 17O в монокристаллах CuCrO2, СuFeO2 а также на спектры 51V в мультиферроиках Ni3V2O8, что позволит проанализировать влияние поляризации на магнитную структуры в этих соединениях. Полученные результаты позволят выяснить условия, при которых можно управлять электрической поляризацией магнитным полем и изменять магнитную структуру внешним электрическим полем.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В рамках проекта проводятся комплексные ЯМР исследования магнитных фазовых диаграмм, особенностей зарядового, магнитного и сегнетоэлектрического упорядочения, низкочастотной спиновой динамики в несоразмерных фрустрированных магнетиках в зависимости от состава веществ, температуры, величины и направления внешних магнитного и электрического полей. Полученные экспериментальные результаты будут использованы для выяснения особенностей магнитной структуры в фрустрированных магнетиках, природы сегнетомагнетизма в них. Важность подобных исследований обусловлена как широкими возможностями практического использования этих магнетиков в современной электронике и спинтронике, так и решением фундаментальных проблем физики конденсированного состояния, в частности, изучением основного состояния цепочек спинов при наличии фрустрации. Метод ЯМР, предлагаемый в данном исследовании в качестве основного, является локальным, что позволяет получать информацию о происходящих физических процессах на микроуровне. Основные полученные результаты Методами ЯМР и ЯКР на ядрах меди проведено исследование монокристалла CuCrO2. Получены и проанализированы спектры ЯМР и ЯКР 63,65Cu и статическая магнитная восприимчивость в широком диапазоне температур как в парамагнитной области, так и в области дальнего магнитного порядка. Показано, что тензор магнитного сдвига линии ЯМР меди является изотропной величиной. Температурные зависимости компонент тензора сдвига в парамагнитной фазе описываются законом Кюри-Вейсcа и повторяют поведение статической магнитной восприимчивости. Определено сверхтонкое поле на ядре меди (hhf,a,c = 33 кЭ/mB). Пропорциональность сдвига и восприимчивости свидетельствует в пользу слабой температурной зависимости межплоскостного косвенного суперобменого взаимодействия Cr – Cr через связь O – Cu– O. Коррелированное отклонение от закона Кюри-Вейсса температурной зависимости как магнитной восприимчивости, так и сдвига ЯМР, могут свидетельствовать о возникновении и развитии в области температур ниже 150 К ближнего магнитного порядка в подрешетке ионов Cr3+. Oпределены компоненты тензора градиента электрического поля (ГЭП): в парамагнитной фазе он аксиально симметричен VZZ >>VXX,VYY c нулевым параметром асимметрии и значениями квадрупольных частот для двух изотопов меди 63νQ = 27.0(4) МГц, 65νQ =25.0(4) МГц. Направление главной оси тензора совпадает с кристаллографической осью с. При переходе в магнитоупорядоченную фазу параметры тензора ГЭП существенно не меняются. Ниже ТN = 23.6 K форма спектров 63,65Сu ЯМР/ЯКР соответствует магнитоупорядоченной фазе, в которой возникает несоизмеримая магнитная структура. Сверхтонкие поля и дипольные поля, наводимые на ядре меди, лежат в плоскости вращения магнитных моментов атомов хрома и сравнимы по величине, а их проекции суммируются вдоль оси c и вычитаются вдоль оси a кристалла. Зарегистрированы спектры ЯМР 17O в монокристаллическом и поликристаллическом образцах CuCrO2 во внешнем магнитном поле Н0 = 117.4 кЭ. Анализ спектров позволил определить магнитные сдвиги и компоненты тензора ГЭП. Показано, что зарядовое окружение атомов кислорода аксиально симметрично (параметр асимметрии тензора ГЭП равен нулю), все атомы кислорода эквивалентны, изотропный сдвиг при понижении температуры уменьшается. ЯМР 53Cr в СuCrO2. Записаны спектры ЯМР 53Cr в монокристалле СuCrO2 в упорядоченном состоянии в области температур (1.5 - 10.5) K во внешних магнитных полях (0 - 20) кЭ. Показано, что средний магнитный момент уменьшается на 7,3% при изменении температуры от 1.5 до 10.5 К. При включении поля наблюдается уширение и усложнение спектров ЯМР 53Cr. Полученные спектры характерны для несоизмеримых с периодом кристаллической решетки магнитных структур геликоидального типа. Показано, что плоскость вращения магнитных моментов атомов хрома включает с-ось кристалла. Получены и проанализированы спектры ЯМР 63,65Cu на монокристаллическом образце мультиферроика СuFeO2 в парамагнитной области в магнитном поле Н0 = 11.7 Tл . Определены компоненты тензоров градиента электрического поля (ГЭП) и магнитного сдвига. Параметр асимметрии оказался близким к нулю, что свидетельствует об аксиальной симметрии локального зарядового окружения иона меди, значения квадрупольных частот для двух изотопов меди получились следующими: 26.1(4) МГц, 24.15(4) МГц. Температурные зависимости компонент тензора сдвига в парамагнитной фазе описываются законом Кюри-Вейсcа и повторяют поведение статической магнитной восприимчивости. Определено сверхтонкое поле на ядрах меди (23,6(3) кЭ/mB). Выполнено комплексное ЯМР исследование температурных зависимостей магнитных сдвигов на различных ядрах монокристаллов LiCu2O2 (LCO) и NaCu2O2 (NCO) и магнитной восприимчивости в области парамагнитного состояния этих соединений. Измерения были выполнены при различных ориентациях монокристаллов во внешнем магнитном поле. Анализ ориентационной зависимости спектров ЯМР 63,65Cu, 7Li и 23Na позволил определить значения компонент тензора ГЭП в месте расположения этих ядер. Определены спиновый и орбитальный вклады в сдвиги ЯМР и магнитную восприимчивость. Сделаны оценки дипольных и наведенных сверхтонких полей для всех исследуемых в работе ядер. Анализ природы этих полей позволил выявить достаточно высокую степень ковалентности между ионами в LCO/NCO. Кроме того, установлено, что «немагнитные» ионы Cu+(1+δ) имеют ненулевую дырочную заселенность и, следовательно, могут иметь собственные магнитные моменты. Было проведено ЯМР исследование магнитного упорядочения атомов Ni в монокристаллах (Ni1-xCox)3V2O8 (x = 0.07) и (Ni1-xZnx)3V2O8 (x = 0.05) в широком температурном диапазоне T = (2 - 300) K и магнитных полях H = (20 - 94) кЭ, направленных вдоль a,с - осей кристалла, используя в качестве ЯМР-зонда ядра ванадия, 51V. Определены температурные зависимости сдвига линии ЯМР 51V в парамагнитной и трех фазах с различным типом магнитного упорядочения. На этих же кристаллах проведены измерения магнитной восприимчивости в области температур T = (2 - 300) K и магнитных полей H = (0,001 - 50) кЭ. В парамагнитной области в исходном составе Ni3V2O8 экспериментальный ЯМР спектр 51V удовлетворительно описывается в предположении магнитной эквивалентности всех позиций атомов ванадия в кристалле. В оксидах с x > 0 с появлением Сo или Zn кристаллографическая эквивалентность позиций атомов ванадия нарушается, поскольку теперь в ближайшем окружение 51V могут, наряду с ионами Ni, входить ионы Co или Zn. Неэквивалетность позиций ванадия проявляется в различных значениях сдвигов их резонансных линий, параметров градиента электрического поля и скоростей ядерной магнитной релаксации. При небольшой концентрации кобальта x<0.10 в парамагнитной области возникает линия, которая соответствует 1-му ближайшему соседу. При добавлении немагнитного Zn возникающая линия сдвинута в область нулевого сдвига - локальное поле на ядре ванадия меньше. В области дальнего магнитного порядка установлено, что даже незначительное замещение атомов Ni атомами Со или Zn в исходном соединении Ni3V2O8 приводит к значительному уширению линии ЯМР 51V по сравнению с исходным составом. Это свидетельствует о наличии в составах значительной спиновой неоднородности, приводящей к изменению спиральной магнитной структуры. Из анализа спектров и времен релаксации можно утверждать, что при малых уровнях замещения (x < 0.1) как магнитными, так и немагнитными ионами сегнетоэлектрическая фаза стабилизируется, а область её существования расширяется в сторону низких температур до 3 K для Zn2+ и ниже 1.8 K для Co2+, за счет подавления низкотемпературной слабоферромагнитной фазы.

 

Публикации

1. А. Ф. Садыков, Ю. В. Пискунов, А. П. Геращенко, В. В. Оглобличев, А. Г. Смольников, С. В. Верховский, И. Ю. Арапова, З.Н. Волкова, К. Н. Михалев, А. А. Буш. ЯМР исследование парамагнитного состояния низкоразмерных магнетиков LiCu2O2 и NaCu2O2 Журнал экспериментальной и теоретичесой физики, т.151, в.1, с. 1-10 (год публикации - 2017).

2. А.Г.Смольников, В.В.Оглобличев, С.В.Верховский, К.Н.Михалев, А.Ю.Якубовский, Ю.В.Пискунов, А.Ф.Садыков, С.Н.Барило, С.В.Ширяев. Исследование методами ЯМР 63,65Cu парамагнитной фазы сегнетоэлектрика CuFeO2 Сборник тезисов ХVII Всероссийской школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния, Екатеринбург, 2016 г., с.123., - (год публикации - 2016).

3. А.Г.Смольников, В.В.Оглобличев, С.В.Верховский, К.Н.Михалев, А.Ю.Якубовский, Ю.Фурукава, К. Кумагаи, Ю.В.Пискунов, А.Ф.Садыков, С.Н.Барило,С.В.Ширяев. Особенности магнитного порядка в мультиферроике CuCrO2 по данным ЯМР и ЯКР 63,65Cu Физика металлов и металловедение, № 2, т. 118, с.1-9 (год публикации - 2017).

4. В.В.Оглобличев, А.Г.Смольников, А.Ф.Садыков, Ю.В.Пискунов, З.Н.Волкова, С.В.Верховский, К.Н.Михалев. Особенности магнитного порядка в мультиферроике СuCrO2 по данным ЯМР 53Сr Сборник трудов XIX Международного симпозиума «Порядок, беспорядок и свойства оксидов», Ростов-на-Дону, с. 238-241., с. 238-241 (год публикации - 2016).

5. К. Н. Михалев Исследование магнитного состояния и зарядового распределения в оксидах методами ЯМР Сборник тезисов Всероссийской школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния, Екатеринбург, с.21, с.21 (год публикации - 2016).


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В рамках проекта проводятся комплексные ЯМР исследования магнитных фазовых диаграмм, особенностей зарядового, магнитного и сегнетоэлектрического упорядочения, низкочастотной спиновой динамики в несоразмерных фрустрированных магнетиках в зависимости от состава веществ, температуры, величины и направления внешних магнитного и электрического полей. Полученные экспериментальные результаты будут использованы для выяснения особенностей магнитной структуры в фрустрированных магнетиках, природы сегнетомагнетизма в них. Важность подобных исследований обусловлена как широкими возможностями практического использования этих магнетиков в современной электронике и спинтронике, так и решением фундаментальных проблем физики конденсированного состояния, в частности, изучением основного состояния цепочек спинов при наличии фрустрации. Основные полученные результаты На основании анализа данных ЯМР 51V показано, что даже незначительное замещение атомов Ni атомами Со или Zn в исходном соединении Ni3V2O8 приводит к значительному уширению линии ЯМР 51V по сравнению с исходным составом. Это свидетельствует о наличии в составах значительной спиновой неоднородности, приводящей к изменению спиральной магнитной структуры в области дальнего магнитного порядка. Из анализа спектров и времен релаксации можно утверждать, что при малых уровнях замещения (x < 0.1) как магнитными, так и немагнитными ионами сегнетоэлектрическая фаза стабилизируется, а область её существования расширяется в сторону низких температур до 3 K при замещении ионов никеля ионами Zn2+ и ниже 1.8 K при внедрении в подрешетку никеля ионов Co2+ за счет подавления низкотемпературной слабоферромагнитной фазы. Выполнено комплексное ЯМР исследование низкочастотной спиновой динамики в низкоразмерных геликоидальных магнетиках LCO/NCO в области парамагнитного состояния. Получены температурные зависимости скорости и анизотропии спин-решеточной релаксации на различных ядрах LCO/NCO при разных ориентациях монокристаллов во внешнем магнитном поле. Обнаружено, что в мультиферроике LiCu2O2 при комнатной температуре спиновые флуктуации изотропны. При понижении температуры наблюдается значительное подавление спиновых флуктуаций в направлении оси c, что, по-видимому, связано с развитием 2D корреляций ближнего порядка в плоскостях, содержащих Cu2+ моменты. Максимум ослабления таких флуктуаций достигается при T ~ 150 K. Дальнейшее охлаждение LCO до T ~ TN восстанавливает изотропию флуктуаций в системе, что косвенно указывает на отсутствие, вблизи, но выше TN, какой-то выделенной кристаллографической плоскости, явно более других предпочтительной для возникновения в ней дальнего геликоидального магнитного порядка. В купрате NCO спектр спиновых флуктуаций остается изотропным во всем диапазоне температур. Количественный анализ анизотропии спин-решеточной релаксации в LCO/NCO позволил сделать оценки вкладов от отдельных соседних ионов Cu2+ в наведенное СТП на ядрах ионов Li+(Na+). Измерена магнитная восприимчивость и зарегистрированы спектры ЯМР 63,65Cu на монокристаллическом образце мультиферроика CuFeO2. Определены магнитные сдвиги линий (Kα(T)), их температурные зависимости повторяют поведение магнитной восприимчивости. Пропорциональность сдвигов и магнитной восприимчивости подтверждается построенными K(χ) зависимостями, хорошо апроксимирующимися прямыми линиями. Таким образом, температурная зависимость сдвигов определяется спиновыми вкладами в сдвиг. Из наклона зависимостей K ( χ) были определены сверхтонкие поля. Совместный анализ ориентационных, температурных зависимостей магнитного сдвига линий ЯМР 63Cu и данных магнитной восприимчивости позволил определить природу сверхтонких полей на ядрах меди. Установлено, что в ковалентном смешивании O – Cu участвуют электроны 4s- и 3d- орбиталей меди, оценены заселенности этих орбиталей Показано, что тензор ГЭП на позициях меди в CuFeO2 обладает аксиальной симметрией (η = 0), главная ось ГЭП направлена вдоль оси c кристалла. Определены квадрупольные частоты для двух изотопов меди:63νQ = 26.6(1) MHz, 65νQ = 23.6(1) MHz. Для монокристаллического и поликристаллического образцов CuCrO2, обогащенных изотопом 17O, получены и проанализированы спектры ЯМР 17O. Для монокристаллического образца спектры получены для двух ориентаций монокристалла относительно внешнего магнитного поля. Определены компоненты тензора ГЭП и их температурные зависимости. Было показано, что зарядовое распределение одинаково для всех атомов кислорода в исследуемом образце как в парамагнитной области, так и в магнитоупорядоченном состоянии. Таким образом, никакого смещения части атомов кислорода из своих равновесных позиций, как предсказано в одной из теоретических моделей, не обнаружено Форма спектра ЯМР 17O в магнитоупорядоченном состоянии типична для несоразмерной магнитной структуры. Спектр хорошо симулируется при учете только дипольных магнитных полей, создаваемых на ядрах кислорода ионами хрома с магнитным моментом µ = 2.2(1) µB.

 

Публикации

1. Гермов А.Ю., Смольников А.Г., Оглобличев В.В. , Михалёв К.Н. , Барило С.Н., Ширяев.С.В. Исследование зарядового распределения в мультиферроике CuFeO2 по данным ЯМР 63,65Cu Тезисы доклада на XVIII Всероссийской школе-семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества. Сборник тезисов. Екатеринбург, с.107 (год публикации - 2017).

2. Михалев К.Н. ЯМР спектроскопия сильно-коррелированных систем Сборник тезисов Школы - семинара по проблемаи физики конденсированного состояния вещества, Екатеринбург, с.20 (год публикации - 2017).

3. Оглобличев В.В., Смольников А.Г.,Садыков А.Ф., Пискунов Ю.В., Геращенко А.П.,Furukawa Y., Кумагаи К., Якубовский А.Ю.,Михалев К.Н., Барило С.Н., Ширяев С.В., Белозеров А.С. 17O NMR study of the triangular lattice antiferromagnet CuCrO2 Journal of Magnetism and Magnetic Materials, - (год публикации - 2018).

4. Садыков А.Ф. , Пискунов Ю.В. , Геращенко А.П., Оглобличев В.В., Смольников А.Г., Арапова И.Ю. , Волкова З.Н., Буш А.А. Спиновая динамика в низкоразмерных геликоидальных магнетиках LiCu2O2 и NaCu2O2. Письма в ЖЭТФ, Т. 105, в. 10, с. 685—690. (год публикации - 2017).

5. Садыков А.Ф., Пискунов Ю.В., Геращенко А.П., Оглобличев В.В., Смольников А.Г., Верховский С.В., Арапова И.Ю., Волкова З.Н., Михалев К.Н., Буш А.А. ЯМР-исследование парамагнитного состояния низкоразмерных магнетиков LiCu2O2 и NaCu2O2 ЖЭТФ, т.151, с. 335-346 (год публикации - 2017).

6. Садыков А.Ф., Пискунов Ю.В., Геращенко А.П., Оглобличев В.В.,Смольников А.Г., Верховский С.В..Волкова З.Н. NMR study of the paramagnetic state of low-dimensional magnets LiCu2O2 and NaCu2O2 Воок of Abstacts, MISM -2017, Moscow, c. 301 (год публикации - 2017).

7. Смольников А. Г. , Оглобличев В. В., Верховский С.В., Михалев K. Н., Якубовский А. Ю., Furukawa Y., Пискунов Ю. В., Садыков А. Ф., Барило С. Н., Ширяев C. В. Особенности магнитного порядка в мультиферроике CuCrO2 по данным ЯМР и ЯКР 63,65Cu. Физика металлов и металловедение, т.118, с. 142-150 (год публикации - 2017).

8. Смольников А.Г., Оглобличев В.В. , Гермов А.Ю. , Михалев K.Н. , Садыков A.Ф., Пискунов Ю.В. , Геращенко А.П. , Якубовский А.Ю. , Муфлихонова М.А. , Барило С.Н. , Ширяев С.В. Зарядовое распределение и сверхтонкие взаимодействия в мультиферроике CuFeO2 по данным ЯМР 63,65Cu Письма в ЖЭТФ, - (год публикации - 2018).

9. Смольников А.Г., Оглобличев В.В., Верховский С.В., Михалев К.Н., Садыков А.Ф., Пискунов Ю.В., Геращенко А.П., Якубовский А.Ю. 17O NMR study of paramagnetic and magnetic ordered states of CuCrO2 Book of Abstacts, Second International Workshop "Novel Trends in Physics of Ferroics. St. Petersburg, c.67 (год публикации - 2017).

10. Смольников А.Г., Оглобличев В.В., Верховский С.В., Михалев К.Н., Садыков А.Ф.. Пискунов Ю.В., Геращенко А.П..Якубовский А.Ю. NMR study of multiferroic CuCrO2 Воок of Abstracts, MiSM -2017, Moscow, - (год публикации - 2017).


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В рамках проекта проводятся комплексные ЯМР исследования магнитных фазовых диаграмм, особенностей зарядового и магнитного упорядочения, низкочастотной спиновой динамики в несоразмерных фрустрированных магнетиках. В зависимости от состава веществ, температуры, величины и направления внешних электрического и магнитных полей. Полученные экспериментальные результаты будут использованы для выяснения особенностей магнитной структуры этих соединений. Важность этих исследований обусловлена как широкими возможностями практического использования этих магнетиков в современной электронике и спинтронике, так и решением фундаментальных проблем физики конденсированного состояния. Основные полученные результаты 1. Получены и проанализированы спектры ЯМР 63,65Cu во внешнем магнитном поле 11.7 Тл в диапазоне температур 20-350 K, измерена статическая магнитная восприимчивость на монокристаллическом образце мультиферроика CuFeO2. При понижении температуры ниже 60 K зависимость спинового вклада в сдвиг(Ksa,c(T) отклоняется от закона Кюри- Вейса. Изменение с температурой спиновой части сдвига Ks(T) во многом повторяет поведение магнитной восприимчивости χ(T). Показано, что в парамагнитной области температур ниже 60 K в CuFeO2 возникают спиновые антиферромагнитные корреляции между магнитными моментами железа в соседних плоскостях и формируется ближний магнитный порядок внутри слоев Fe3+. 2. Проведено комплексное исследование методами ядерного магнитного резонанса магнитного упорядочения атомов Ni в монокристаллах со структурой Кагоме-фазы (Ni1-xMx)3V2O8 (M=Co, Zn): (Ni1-xCox)3V2O8 (x=0.07,0,10) и (Ni1-xZnx)3V2O8 (x=0.05)] в широком температурном диапазоне T = (2 - 300) K и магнитных полях H = (20-94) кЭ, направленных вдоль a, b, c осей кристалла, используя в качестве ЯМР-зонда ядра ванадия. Температурные зависимости формы и сдвига линии ЯМР 51V, времена релаксации Т1 и Т2 были определены в четырех разных фазах: парамагнитной (PM), низкотемпературной сегнетоэлетрической (LTE), высокотемпературной несоразмерной (HTI) и слабо – ферромагниной (С). Определены типы магнитных структур, температуры фазовых переходов. В магнитоупорядоченной фазе установлено, что даже незначительное замещение атомов Ni атомами Со или Zn приводят к значительному уширению линии ЯМР 51V, чем в исходном составе. Это свидетельствует о наличии в составах значительных спиновых неоднородностей, приводящих к изменению спиральной магнитной структуры. Из анализа спектров и времен релаксации можно утверждать, что при малых уровнях замещения (x<0.1) как магнитными, так и немагнитными ионами стабилизируется сегнетоэлектрическое состояние с циклоидальной магнитной структурой, область существования которого расширяется в сторону низких температур до 3 K для Zn2+ и ниже 1.8 K для Co2+ за счет подавления низкотемпературной слабо- ферромагнитной фазы (C). В то же время, при больших концентрациях Co сегнетоэлектрическая фаза полностью исчезает. 3. Получены спектры ЯМР 63Cu, 43Cr в локальном поле в магнитоупорядоченном состоянии на монокристаллическом образце мультиферроика CuCrO2 при приложении внешнего электрического поля в напралении [100]. В результате экспериментов, не было зафиксировано существенного изменения спектров ЯМР, а также параметров спин-спиновой и спин-решеточной релаксации. Такой результат может трактоваться двояко. С одной стороны, можно говорить о том, что электрическое поле никак не влияет на магнитную структуру, что не согласуется с литературными данными. С другой стороны, можно сделать вывод, что создаваемое электрическое поле меняет лишь хиральность спиральной магнитной структуры. С точки зрения ЯМР, спектры с разным направлением вектора распространения неразличимы. Таким образом, при включении электрического поля в этом мультиферроике может происходить перераспределение магнитных структур с вектором распространения различного знака. 4. На основе совместного анализа температурных зависимостей магнитных сдвигов ЯМР на ядрах 63Cu, 17O и магнитной восприимчивости, полученных на монокристаллических образцах мультиферроиков CuMO2 (M = Cr, Fe), удалось определить сверхтонкие константы (наведенные поля на этих ядрах), сделать оценки степени гибридизации различных электронных состояний.

 

Публикации

1. Борич М. А., Савченко С.П., Танкеев А.П. Особенности связанных магнитостатических электронно-ядерных колебаний в магнитоупорядоченных веществах Сборник тезисов XXIII Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах», Москва, с. 330 (год публикации - 2018).

2. Борич М.А., Савченко С.П., Танкеев А.П. Degenerated nuclear magnetostatic modes in ferromagnets Magnetic resonance in solids, Vol. 20, p. 1-8 (год публикации - 2018).

3. Гермов А.Ю., Смольников А.Г., Оглобличев В.В., Михалёв К.Н., Пискунов Ю.В., Садыков А.Ф., Арапова И.Ю. Ближний магнитный порядок в мультиферроике CuFeO2 по данным ЯМР 63,65Cu Тезисы докладов XIX Всероссийской школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества (СПФКС-19), Екатеринбург, стр. 120 (год публикации - 2018).

4. Михалев К. Н., Оглобличев В. В., Смольников А.Г., Садыков А. Ф. ,Пискунов Ю.В., Фурукава Ю., Якубовский А.Ю., Барило С.Н., Ширяев С.В., Белозеров А.С. Зарядовое распределение и сверхтонкие взаимодействия в мультиферроике CuCrO2 по данным ЯМР Сборник тезисов Международной зимней школы физиков-теоретиков "Коуровка", Екатеринбург,, стр. 75 (год публикации - 2018).

5. Михалев К. Н., Оглобличев В. В., Смольников А.Г., Садыков А. Ф., Пискунов Ю.В., Фурукава Ю., Якубовский А.Ю., Барило С.Н., Ширяев С.В. Magnetic hyperfine interactions and charge distribution in antiferromagnet CuCrO2 according to NMR data Book of Abstracts of 8th Baikal International Conference “Magnetic Materials. New Technologies” Irkutsk, p. 31-32 (год публикации - 2018).

6. Михалев К. Н., Оглобличев В. В., Смольников А.Г., Садыков А. Ф., Пискунов Ю.В.,. Фурукава Ю, Якубовский А.Ю., Барило С.Н., Ширяев С.В. Сверхтонкие взаимодействия в мультиферроике СuCrO2 по данным ЯМР Тезисы докладов XXXVIII Совещание по физике низких температур. Ростов – на – Дону, Шепси, стр. 19-20 (год публикации - 2018).

7. Оглобличев В. В., Смольников А.Г., Пискунов Ю.В. Садыков А. Ф., Гермов А.Ю., Арапова И.Ю. 63,65Cu NMR study of the paramagnetic state of multiferroic CuFeO2 Вook of Abstracts of 8th Baikal International Conference “Magnetic Materials. New Technologies”. Irkutsk, p. 134 (год публикации - 2018).

8. Оглобличев В.В., Смольников A. Г., Гермов А.Ю. , Михалев K.Н., Садыков A.Ф., Пискунов Ю.В., Геращенко А.П., Якубовский А.Ю., Муфлихонова М.А., Барило С.Н., Ширяев С.В. 63,65Cu NMR Study of the Short Range Ordered State of Multiferroic CuFeO2 Applied Magnetic Resonance, - (год публикации - 2019).

9. Оглобличев В.В., Смольников А.Г., Садыков А.Ф., Пискунов Ю.В., Геращенко А.П., Фурукава Ю., Кумагаи К., Якубовский А.Ю., Михалев К.Н., Барило С.Н.,Ширяев С.В., Белозеров А.С. 17O NMR study of the triangular lattice antiferromagnet CuCrO2 Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 458, p. 1-9 (год публикации - 2018).

10. Садыков А. Ф., Пискунов Ю.В., Оглобличев В. В., Геращенко А.П., Смольников А.Г., Верховский С. В., Арапова И.Ю., Михалев К. Н., Буш А.А. Магнитная структура и сегнетоэлектричество в низкоразмерных купратах LiCu2O2 и NaCu2O2 по данным ЯМР Физика металлов и металловедение, - (год публикации - 2019).

11. Садыков А.Ф., Пискунов Ю.В., Геращенко А.П., Оглобличев В.В., Смольников А.Г., Верховский С.В., Волкова З.Н., Михалев К.Н. Исследование низкоразмерных магнетиков LiCu2O2 и NaCu2O2 методом ЯМР Сборник тезисов Международной школы физиков-теоретитков "Коуровка", Екатеринбург, 2018, стр. 67 (год публикации - 2018).

12. Смольников A. Г., Оглобличев В.В., Гермов А.Ю., Михалев K.Н., Садыков A.Ф., Пискунов Ю.В., Геращенко А.П., Якубовский А.Ю., Муфлихонова М.А., Барило С.Н., Ширяев С.В. Зарядовое распределение и сверхтонкие взаимодействия в мультиферроике CuFeO2 по данным ЯМР 63,65Cu Письма в ЖЭТФ, вып.2, том 107, стр. 134 - 138 (год публикации - 2018).

13. Смольников A.Г., Оглобличев В.В., Садыков A.Ф., Пискунов Ю.В., Геращенко А.П., Гермов А.Ю., Михалев K.Н., Якубовский А.Ю., Барило С.Н., Ширяев С.В. Зарядовое распределение и сверхтонкие взаимодействия в мультиферроике CuCrO2 по данным ЯМР 63,65Cu и 17O. Сборник тезисов XXIII Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах», Москва, июнь 2018 г., стр. 743-744 (год публикации - 2018).


Возможность практического использования результатов
не указано