КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 19-72-00048

НазваниеАнизотропия намагниченности интерметаллических соединений R2Co7 (R=Y, La, Ce, Gd, Lu)

РуководительНезнахин Дмитрий Сергеевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2019 - 06.2021

Конкурс№40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

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

Ключевые словаанизотропия намагниченности, магнитокристаллическая анизотропия, 3d переходные металлы, редкоземельные интерметаллиды, магнитоупорядоченные среды

Код ГРНТИ29.19.37

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Современные методы магнитометрии демонстрируют возросшую точность измерений, что позволяет достоверно регистрировать наличие анизотропии намагниченности в монокристаллах многих соединений, в том числе в РЗМ-3d интерметаллидах. Для соединений, в которых магнетизм определяется 3d-подсистемой, данный эффект может быть объяснен анизотропной частичной разморозкой орбитального магнитного момента. Анизотропия намагниченности, являясь дополнительным источником информации о монокристалле (например, можно оценить константу спин-орбитального взаимодействия) до сих пор не была предметом систематических исследований, направленных на установление ее температурной зависимости, а также направленных на установление ее явной связи с магнитокристаллической анизотропией. Вышесказанному посвящен данный научно-исследовательский проект, в котором объектами исследований выступают монокристаллы R2Co7, где R –редкоземельный металл (Y, La Ce, Gd, Lu). Данные монокристаллы представляют интерес в виду их высоких полей анизотропии (например, 80 кЭ (Y2Co7) и 300 кЭ (Gd2Co7) при 300 К, для сравнения 70 кЭ имеет Nd2Fe14B из которого изготавливают максимально энергоемкие постоянные магниты), что, в свою очередь, делает явление анизотропии намагниченности в них ярко выраженным. Вместе с тем синтез большинства указанных образцов проходит по перетектической реакции, и является непростой технологической задачей, с которой успешно справились немногие научные группы. Таким образом, синтез указанных монокристаллов R2Co7 сам по себе будет являться значимым результатом, имеющим публикационный потенциал, в подтверждение чего можно привести недавнюю работу, посвященную схожей задаче – синтезу и исследованию магнитокристаллической анизотропии La2Co7 [J. Appl. Phys. 118 (2015) 053905]. Несмотря на то, что магнитные свойства указанных соединений изучались ранее, точность этих измерений являлась недостаточной для получения достоверной количественной информации об анизотропии намагниченности и ее температурной зависимости. Новый виток исследований на современном оборудовании даст экспериментальные данные для систематического анализа, верификации и развития существующих теоретических представлений о природе анизотропии намагниченности. Последнее не является окончательно решенным вопросом и исследования в этом направлении актуальны [Phys. Rev. B 90 (2014) 054407]. Ожидается, что запланированный анализ экспериментальных результатов, с использованием расчетов в приближении локальной спиновой плотности и феноменологических моделей, позволит установить вид температурной зависимости анизотропии намагниченности, как минимум в интервале низких температур. Планируемые в настоящем проекте исследования способны также внести вклад в решение проблемы теоретического вычисления знаков и значений констант магнитокристаллической анизотропии и их температурных зависимостей в соединениях с частично размороженным орбитальным магнитным моментом. Планируется провести изучение анизотропии намагниченности, используя метод рентгеновского магнитного кругового дихроизма (XMCD), что будет сделано впервые для данных соединений. Таким образом, успешное выполнение данного проекта создаст научную основу для дальнейшего развития теории магнетизма 3d-переходных металлов в РЗМ-3d интерметаллидах, а полученные научные результаты будут носить оригинальный характер.

Ожидаемые результаты
1. Будут синтезированы монокристаллы РЗМ-3d интерметаллидов следующих составов: Y2Co7, La2Co7, Ce2Co7, Gd2Co7, Lu2Co7. Проведены комплексные исследования кристаллической структуры и фазового состава синтезированных образцов и их ориентирование относительно основных кристаллографических осей. Необходимо отметить, что некоторые из перечисленных соединений будут изучаться в монокристаллическом состоянии впервые. 2. Будут измерены кривые намагничивания указанных монокристаллов вдоль осей легкого и трудного намагничивания во всем температурном интервале магнитоупорядоченного состояния. Будут определены температурные зависимости намагниченности насыщения, анизотропии намагниченности и констант магнитокристаллической анизотропии K1 и K2. Константы K1 и K2 планируется проанализировать как с использованием классических методов, таких как метод Саксмита-Томсона, так и с использованием модефицированного метода, разработанного авторами проекта [J.Appl.Phys. 118 (2015) 213902]. 3. Будет проведен анализ низкотемпературной анизотропии намагниченности с применением расчетов из первых принципов и феноменологической модели Розенфельда и Королева. Это позволит установить связи между анизотропией намагниченности и магнитокристаллической анизотропией. 4. Полученные результаты планируется представить с докладами на нескольких международных конференциях. 5. На основании полученных результатов планируется публикации в ведущих рецензируемых российских и международных научных журналах таких как, Физика металлов и металловедение, Физика твердого тела, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Journal of Applied Physics и др. 6. Полученные результаты планируется использовать в рамках лекционных занятий по читаемым автором проекта курсам «Прецизионные материалы», «Магнитные измерения», а так же к рамках других курсов, читаемых коллегами автора по специальности «Физика магнитных явлений».

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Явление анизотропии намагниченности заключается в разнице величины намагниченности насыщения вдоль осей легкого и трудного намагничивания. Впервые теоретически предсказано в 1960 году, а экспериментально обнаружено только в 1971. Первые наблюдения делались на монокристаллах очень больших размеров, около 1-2 см, а величина эффекта доходила до 0,1%, что очень легко можно было списать на погрешность измерений. Современные методы магнитометрии демонстрируют возросшую точность измерений, поэтому в настоящее время нет необходимости синтезировать монокристаллы больших размеров. Так же были обнаружены высокоанизотропные соединения, в которых данное явление доходит до 15-20%, однако для его обнаружения необходимо проводить измерения в больших магнитных полях. Данный научно исследовательский проект посвящен изучению роли 3d-подрешетки в формировании анизотропии намагниченности и магнитокристаллической анизотропии РЗМ-3d интерметаллидов на примере системы R2Co7, где R – редкоземельный элемент. Данные соединения с одной стороны обладают высокой магнитной анизотропией и как следствие могут иметь большие значения анизотропии намагниченности насыщения, с другой стороны для намагничивания их до насыщения нужны магнитные поля напряженностью до 140 кЭ. В настоящий момент разработана методика проведения измерений для установления анизотропии намагниченности насыщения с точностью не хуже 1% на небольших образцах. Данная методика учитывает такие важные параметры как форма образца, ориентация основных кристаллографических осей относительно внешнего магнитного поля и способ крепления. Были синтезированы монокристаллы интерметаллидов Y2Co7 и Gd2Co7. В Этих соединениях удалось обнаружить ярко выраженное явление анизотропии намагниченности. Разница величины намагниченности насыщения вдоль осей легкого и трудного намагничивания достигает до 9 %. В работе представлены температурные зависимости намагниченности насыщения, анизотропии намагниченности и констант магнитокристаллической анизотропии К1 и К2, определенных 2-мя различными методами (методом Саксмита-Томсона и модифицированным методом, учитывающим анизотропию намагниченности и парамагнитной восприимчивости). В результате проведенных самосогласованных первопринципных расчетов с учетом спиновой поляризации получено ферромагнитное упорядочение магнитных моментов ионов кобальта с величинами полных и парциальных моментов на ион в хорошем согласии с экспериментальными данными из литературы. Показано кардинальное различие структуры спектров плотности электронных состояний для двух электронных подсистем с различной спиновой ориентацией, возникающее благодаря значительной спиновой поляризации электронных состояний при ферромагнитном упорядочении в соединении Y2Co7.

Публикации

1. Лукоянов А.В., Князев Ю.В., Кузьмин Ю.И., Незнахин Д.С., Барташевич М.И. Магнитные моменты, электронная структура и оптическая спектроскопия интерметаллических соединений на основе кобальта: YCo3, Y2Co7 и LaCo5 Журнал экспериментальной и теоретический физики, - (год публикации - 2020)

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Для изучения явления анизотропии намагниченности были синтезированы монокристаллы интерметаллидов La2Co7 и Lu2Co7. Соединение Lu2Co7 было синтезировано впервые. В этих соединениях удалось обнаружить ярко выраженное явление анизотропии намагниченности. Разница величины намагниченности насыщения вдоль осей легкого и трудного намагничивания достигает от 3 до 10 % в зависимости от температуры, при которой проводились измерения. В работе определены температурные зависимости намагниченности насыщения, анизотропии намагниченности и констант магнитокристаллической анизотропии K1 и K2, определенных 2-мя различными методами (методом Саксмита-Томсона и модифицированным методом, учитывающим анизотропию намагниченности и парамагнитной восприимчивости). Проведено исследование соединения Ce2Co7. Данное соединение является одноосным ферромагнетиком с точкой Кюри равной 78 К. Из измерения кривых намагничивания вдоль оси легкого намагничивания и перпендикулярно ей установлено, что поле анизотропии данного соединения превышает 90 кЭ. Используя метод Белова-Аррота, определены точки Кюри в монокристаллах Y2Co7, La2Co7 и Lu2Co7 при намагничивании вдоль оси легкого и трудного намагничивания. Показано, что эти значения могут отличаться в высокоанизотропных магнитных материалах. Установлено, что данное различие связано с особенностью метода Белова-Аррота. Синтезированы монокристаллы составов Lu0.9La0.1Co3 и Lu0.8La0.2Co3. В этих соединениях так же наблюдается явление анизотропии намагниченности насыщения, аналогичное системе R2Co7. В Монокристаллах (Lu,La)Co3 существует фазовый переход первого рода из низко-спинового состояния в высоко-спиновое, который происходит в больших магнитных полях. В работе проведен анализ данного фазового перехода, описаны его особенности в зависимости от количества атомов замещения La.

Публикации

1. Незнахин Д.С., Болячкин А.С., Барташевич М.И., Gutfleisch O., Скоков К.П. Angular dependence of saturation magnetization in single crystals with uniaxial magnetic anisotropy Journal of Magnetism and Magnetic Materials, - (год публикации - 2021)

2. Незнахин Д.С., Болячкин А.С., Барташевич М.И., Андреев А.В., Горбунов Д.И., Барташевич А.М., Радзивончик Д.И., Лукоянов А.В., Скоков К.П. Особенности магнитной анизотропии высокоанизотропных интерметаллических соединений Тезисы докладов XXI Всероссийской школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества (СПФКС–21), - (год публикации - 2021)

Возможность практического использования результатов
не указано