Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Теоретические исследования динамики доменных стенок в киральных антиферромагнетиках и ферримагнетиках показали, что учёт только Лоренц-инвариантных решений не достаточен для описания движения стенок. Построенные нами кластерные решения могут оказаться более выгодными энергетически, чем одно из Лоренц-инвариантных решений, при достаточно большом импульсе при всех плотностях энергии или при всех импульсах. Для ферримагнетиков ситуация оказалось более сложной, чем для рассмотренных ранее ферромагнетиков или антиферромагнетиков. При относительно больших значениях параметра раскомпенсации nu= (s1–s2)/(s1+s2), где s1 и s2 - спиновые плотности подрешеток, предельная скорость доменной стенки не превышает предельной скорости для ферромагнетиков. Однако при достаточно малом, но конечном значении параметра раскомпенсации nu, предельная скорость движения доменной стенки перестаёт зависеть от величины взаимодействия Дзялошинского. При nu стремится к 0 она быстро приближается к характерному «обменному» значению с. Построена общая основа для связанной динамики поля размагничивания и намагниченности за счет спин-орбитальных вращательных моментов и тепловых градиентов для антиферромагнитных скирмионов и других топологических магнитных солитонов. Также была исследована топологическая антиферромагнитная и ферримагнитная динамика скирмионов и их аналогов в системах с анизотропией в плоскости пленки – бимеронов. Результатом решения этой научной задачи явилась новая теоретическая основа для движения антиферромагнитного скирмиона и его точного управления на основе обобщенного уравнения Ландау-Лифшица-Гильберта (LLG). Методом индукционной и дуговой плавок были синтезированы массивные образцы сплавов Гейслера Mn1+x+xCo1-xV1-xGa (x = 0; 0,1; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5) и Mn1,5Co0,75V0,75Al. Были сняты температурные зависимости намагниченности для лент Mn1+x+xCo1-xV1-xGa в температурном диапазоне 5 – 750 К при приложении поля 5000 Э. Для соединений х = 0,1 и х = 0,3 обнаружены полностью скомпенсированные состояния при Т = 317,5 К и Т ~120 К соответственно. Скомпенсированное состояние также было обнаружено для лент Mn1,5Co0,75V0,75Al. Температура компенсации составляла 396 К, что делает данный состав перспективным для практических применений. Для всех скомпенсированных ферримагнетиков наблюдается схожая картина поведения коэрцитивной силы, до наступления температуры компенсации HC растет, а после перехода через точку компенсации резко начинает падать. Измерения удельного электросопротивления в температурном диапазоне 4,2 – 415 К показало, что для образцов Mn1+x+xCo1-xV1-xGa (х = 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5) во всем измеряемом температурном диапазоне наблюдается металлический ход удельного электросопротивления, причем чем выше содержание Mn, тем выше температурный коэффициент. В отличие от Mn1,5Co0,75V0,75Ga сопротивление для Mn1,5Co0,75V0,75Al имеет полупроводниковый ход на всем измеряемом промежутке температур (от 5 до 415 К). С целью подтверждения наличия точек компенсации были проведены холловские измерения для всех образцов в широком интервале температур. При пересечении температуры компенсации происходит изменение аномального коэффициента Холла, и наблюдается «переворот» холловской кривой.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Было исследовано влияние внешнего магнитного поля как на статические, так и на спектральные свойства сильно анизотропного изинговского антиферромагнетик со спином S = 1. Показано, что при достаточно малых полях и больших значениях константы одноионной анизотропии, в системе реализуется состояние с нулевым значением среднего магнитного момента. Дальнейшее увеличение магнитное поле переводит систему в «квазифермагнитное» состояние через переход первого рода. В этом состоянии система характеризуется тем, что одна из подрешеток намагничивается до насыщения, тогда как во второй подрещетке средний магнитный момент равен нулю. При еще более сильных магнитных полях реализуется ферромагнитной фазы. Все фазовые переходы являются переходами первого рода, о чем свидетельствует поведение их спектров элементарных возбуждений. Были синтезированы однофазные массивные образцы и быстрозакаленные ленты сплавов Гейслера Mn2-2xCo0,55+xV0,35+xGa1,1, (x = 0; 0,125; 0,25). Магнитные измерения показали, что спин-скомпенсированное состояние реализуется в образцах с х = 0,25. Для массивных образцов остаточная намагниченность при Т = 311 К составляла 1,026 эме/г, что соответствует величине суммарного магнитного момента 0,043 µБ/ф.е. Спиннингование смещает возможные температуры компенсации в область низких температур. Из температурных зависимостей намагниченности образцов Mn2-2xCo0,55+xV0,35+xGa1,1, (x = 0; 0,125; 0,25) были вычислены температуры Кюри, которые составляли 624, 544 и 497 К для массивных образцов с х = 0, 0,125 и 0,25 соответственно, а также 621, 537 и 498 К для лент с х = 0, 0,125 и 0,25 соответственно. Происходит снижение температуры Кюри и величины абсолютных значений намагниченности с уменьшением содержания марганца в образцах, что связано с уменьшением парных обменных взаимодействий. Для состава Mn1,8Co0,6V0,6Ga1,0 кривая удельного электросопротивления в диапазоне 2 – 375 К имела металлический характер. Аппроксимация кривых указыает на то, что при температурах выше 290 К доминируют электрон-электронный или электрон-магнонный вклады. Поскольку для полностью поляризованных полуметаллов зависимость ρ(T) ~ T2, связанная с электрон-магнонным рассеянием, должна отсутствовать, то можно заключить, что если Mn1,8Co0,6V0,6Ga1,0 является полуметаллом, зависимость ρ(T) ~ T2 может быть связана с электрон-электронным рассеянием. В пленках с составом Mn1,6Co0,71V0,67Ga1,0 достигнуто скомпенсированное состояние в совокупности с высокой температурой Кюри (около 500 K). Для изготовления тонких пленок были получены слитки номинального состава Mn1,6Co0,71V0,67Ga1,02 методом индукционной плавки в атмосфере аргона. Порошок для мишеней был получен с помощью шаровой мельницы, мишени прессовались из порошка методом искрового плазменного спекания. Тонкие пленки были получены методом DC-магнетронного распыления. Проведены измерения магнитных, транспортных и магнитотранспортных свойств полученных пленок.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Теоретически исследована динамика доменных стенок в хиральных ферримагнетиках, близких к точке компенсации, с нарушением пространственной инверсионной симметрии за счёт взаимодействия Дзялошинского – Мория. Определена максимальная (критическая) скорость, с которой доменная стенка может двигаться, её энергия и импульс, и дисперсионное соотношение, т.е. зависимость энергии от импульса. Математическое описание динамики доменных стенок в хиральном ферримагнетике оказалась достаточно сложным: мы обнаружили, что система уравнений, описывающая структуру движущейся стенки, не является интегрируемой. В результате меняется качественная картина состояния доменной стенки: в отличие от известной интегрируемой модели Уокера, появляется несколько различных типов доменных стенок, образующих последовательность состояний с характерным усложнением структуры стенок (образование кластерных доменных стенок) вместе с увеличением их энергии и импульса. На основе полученного закона дисперсии при использовании подхода коллективных переменных исследовано вынужденное движение доменных стенок под влиянием магнитного поля с учётом процессов диссипации. При увеличении поля импульс стенки может увеличиваться, и можно ожидать скачкообразного перехода стандартной доменной стенки в кластерную стенку, для которой предельная скорость выше. Полученные результаты могут быть полезны для решения проблемы повышения быстродействия перспективных систем магнитной памяти, основанных на динамике доменных стенок. Построена теория связанных возбуждений колебаний решётки и спинов (фононов и магнонов) в антиферромагнитном CoF2, в котором, из-за незамороженного орбитального момента иона Co2+, характерно сильное спин-решёточное взаимодействие и высокие (порядка ТГц) частоты магнонов. Данные эксперимента свидетельствовали о наличии сильной связи между оптическим фононом и магноном при условии, что собственная частота магнона вдвое меньше частоты фонона. Исследованы спектры магнонов антиферромагнетика со спином магнитного иона S = 1 и сильной анизотропией при наличие внешнего магнитного поля. При достаточно слабых полях и больших значениях константы возможно так называемое квадрупольное состояние с нулевым значением среднего спина на узле, при этом частоты собственных мод достигают «обменных» значений, намного превышающих частоты стандартных магнонов в антиферромагнетиках. При увеличении поля предсказаны индуцированные полем квантовые переходы в состояния с ненулевым спином, вблизи переходов магнонные частоты «размягчаются». Система характеризуется сложным свидетельствует поведение спектров элементарных возбуждений от магнитного поля. Методом DC-магнетронного распыления мишени были синтезированы тонкие пленки полных сплавов Гейслера системы Mn-Co-Fe-V-Ga на подложках из монокристаллического сапфира (0001) и стекла толщиной 725 и 585 нм соответственно. Рентгенофазовый анализ подтвердил фазу Гейслера в образцах. Электросопротивление образцов имело полупроводниковый характер в температурном диапазоне от 80 до 375 К и достигало 0,94 мОм·см и 0,57 мОм·см при 80 К для пленок на стекле и сапфире соответственно. Ширина запрещенной зоны была равна 0,008 эВ для пленок на стекле и 0,004 эВ для пленок на сапфире. Коэффициенты НЭХ, концентрация носителей заряда и холловская подвижность носителей имели порядки величин 10-2 см3/Кл, 1020 см-3 и 101 см2/(В·с) соответственно. Пленки обладали низкими значениями намагниченности, малой коэрцитивной силой, являлись ферримагнитными с температурой Кюри TC ~ 300 K. В полях до 0,3 Т посредством изучения эффекта Керра при комнатной температуре магнитной доменной структуры выявлено не было, что подтверждалось результатами магнитно-силовой микроскопии. Зависимости между химическим составом и структурными, электронными и магнитными свойствами сплавов Mn2CoZ (Z = Al, Ga) при замещении Co на ванадий были рассчитаны в рамках теории функционала плотности с расчетами периодических граничных условий с использованием метода присоединенных плоских волн и функционала Пердю–Бурке–Эрнзерхофа с помощью ab initio программы полной энергии и молекулярной динамики VASP. Расчеты показали наличие фазового перехода вблизи x = 0,5. С одной стороны, замена атомов Со на V приводила к увеличению степени ковалентности химических связей в сплавах Гейслера, стабилизируя кристаллические решетки. С другой стороны, сильная полярность ковалентной связи атомов V с соседними атомами приводила к дестабилизации кристаллической решетки. Величина суммарного магнитного момента для структуры XA подчинялась правилу Слейтера-Полинга, в отличие от величины суммарного магнитного момента для структуры L21. Замена кобальта на ванадий разрушала SGS-состояние Mn2CoAl и его электронная структура становилась полуметаллической. В соединениях с Ga замена Co на V приводила к изменению электронной структуры в сторону усиления полуметаллических свойств (увеличение ПЭС для спинов «вверх»). Однако вместе с тем происходило заполнение энергетической щели для состояний со спином «вниз». Во всех случаях энергетическая щель для состояний со спином вниз при замене атомов Co на V заполнялась d-состояниями на атомах Mn1 и V. Методом быстрой закалки из расплава была синтезирована серия однофазных быстрозакаленных лент скомпенсированных ферримагнетиков на основе Mn. Химический состав лент был Mn1.52Co0.79V0.62Ga1.08, Mn1.72Co0.68V0.47Ga1.13 и Mn2,01Co0.55V0.35Ga1.09. Толщина вышеуказанных лент составляла 14,8, 23,9 и 9,7 мкм, общее количество валентных электронов – 24,02, 23,90 и 24,04 соответственно. Вычисленные из экспериментальных данных температуры Кюри для лент составляли 621, 548 и 500 К для x = 0; 0,125; 0,25. Для лент х = 0,25 было подтверждено наличие точки компенсации при температуре Tcomp ⁓ 180 К. При увеличении напряженности магнитного поля до 5 Т на температурных кривых намагниченности вблизи 70 К наблюдалось возникновение максимума для образцов системы Mn-Co-V-Ga, величина которого росла с увеличение поля. Это аномальное поведение кривых намагниченности можно объяснить спин-переориентационным переходом (из неколлинеарной магнитной структуры в коллинеарную). Особенностью некоторых синтезированных в рамках данного проекта скомпенсированных ферримагнетиков являлся дополнительный вклад в холловское сопротивление вблизи точки компенсации, подобный топологическому эффекту Холла, который может быть обусловлен неоднородностью аномального эффекта Холла, которая связана с АЭХ двух конкурирующих подрешеток вблизи точки компенсации спинов. Достижение скомпенсированного состояния для сплавов полного Гейслера на основе Mn возможно при соблюдении ряда условий: 1) следование правилу Слейтера-Полинга; 2) содержание Mn должно находиться в диапазоне 30 – 40 ат. % от общего содержания элементов для формулы X2YZ (где, X – Mn, Y – переходные металлы, Z – Al или Ga).