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 22-72-00021

НазваниеИзучение мультиспиновых взаимодействий в коллективизированных магнетиках методами машинного обучения

РуководительПервишко Анастасия Александровна, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2024 

Конкурс№70 - Конкурс 2022 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 словазонный магнетизм, обменное взаимодействие Рудермана-Киттеля-Касуя-Иосиды, мультиспиновые взаимодействия, машинное обучение, неколлинеарные магнитные конфигурации, топологический эффект Холла

Код ГРНТИ29.19.37

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Визуализация решетки скирмионов в силициде марганца, а также тонких пленках германида железа в узкой области значений температуры и внешнего магнитного поля послужила отправной точкой для систематического изучения неколлинеарных спиновых конфигураций. В рамках модели локализованных спинов образование таких структур обусловлено конкуренцией между билинейным изотропным обменным и антисимметричным взаимодействием Дзялошинского-Мории; последнее, как известно, реализуется в магнитных материалах без центра инверсии. В противоположность модели локализованных спинов с короткодействующим характером магнитных взаимодействий косвенное обменное взаимодействие в форме Рудермана-Киттеля-Касуи-Иосиды в зонном магнетике, возникающее между локализованными магнитными моментами через посредство электронов проводимости, является дальнодействующим. Основное состояние магнитной системы в этом случае соответствует спиральному упорядочению с периодом, несоизмеримым с периодом структуры. Учет спиновых взаимодействий более высокого порядка, в частности четырехспинового, приводит к неустойчивости магнитной спирали с образованием некомпланарной магнитной текстуры, проявляющей топологический эффект Холла. Основной задачей, на решение которой направлен проект, является изучение мультиспиновых взаимодействий в рамках модели коллективизированных электронов. С использованием методов машинного обучения будет изучена возможность стабилизации неколлинеарных магнитных конфигураций в рамках эффективной спиновой модели, полученной интегрированием по электронам проводимости; будет исследовано влияние мультиспиновых взаимодействий на устойчивость таких состояний, а также проанализированы магнитотранспортные свойства магнитных материалов, обусловленные присутствием нетривиальных магнитных текстур.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения работ по проекту планируется сосредоточиться на изучении мультиспиновых взаимодействий в коллективизированных магнетиках как для модельных систем с учетом спин-орбитального взаимодействия, так и для реальных материалов, главным образом магнитных монослоев и ван-дер-ваальсовых структур, с учетом их зонной структуры, полученной из первых принципов. Будет рассмотрена возможность формирования и стабилизации неколлинеарных магнитных конфигураций в таких системах; причем численный расчет основного состояния коллективизированного магнетика будет проведен с использованием методов машинного обучения. Стоит отметить, что для решения данной задачи будет необходимо модифицировать развитые нами ранее нейросетевые алгоритмы. Будут также исследованы магнитотранспортные свойства коллективизированных магнетиков, обусловленные присутствием неколлинеарной магнитной структуры, проведена оценка проводимости, связанной с топологическим эффектом Холла, как для двумерных решеток скирмионов и антискирмионов, так и для трехмерных магнитных хопфионов и магнитных ежей.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В магнитных металлах и сплавах коллективизированный характер электронов проводимости позволяет рассматривать магнитную структуру в рамках эффективной спиновой модели с дальнодействующим характером обменных взаимодействий. Билинейное по спинам косвенное обменное взаимодействие в форме Рудермана-Киттеля-Касуя-Иосиды стабилизирует несоизмеримую спиновую спираль, а учет мультиспиновых взаимодействий приводит к образованию некомпланарной магнитной структуры. В результате работы был разработан нейросетевой алгоритм для поиска некомпланарных спиновых конфигураций в рамках эффективной модели с билинейным и биквадратичным по спинам взаимодействиями в нецентросимметричном кубическом кристалле. Результаты численных расчетов убедительно демонстрируют формирование решетки магнитных ежей в результате конкуренции между мультиспиновыми и взаимодействием Дзялошинского-Мории. Прямым следствием наличия решетки магнитных ежей является топологический эффект Холла в такой системе; так, было оценено соответствующее значение холловской проводимости в рамках теории линейного отклика. Определено значение угла, характеризующего вращение плоскости поляризации при отражении линейно поляризованного света от магнитного материала с решеткой спиновых ежей. Было также исследовано анизотропное сплавление серебра и индия, приводящее к формированию биметаллической наноструктуры на поверхности кремния, в рамках комбинации расчетов из первых принципов и метода кинетического Монте-Карло. Была выполнена серия экспериментальных исследований по изучению влияния отжига на модификацию границ раздела в многослойных структурах Ru/Co/W/Ru. Отмечена значительная роль, которую играет перемешивание на рост величины интерфейсного взаимодействия Дзялошинского-Мории в зависимости от температуры отжига.

 

Публикации

1. Парадеженко Г.В., Первишко А.А., Свейн Н., Сенгупта П., Юдин Д. Spin-hedgehog-derived electromagnetic effects in itinerant magnets Physical Chemistry Chemical Physics, Phys. Chem. Chem. Phys. 24, 24317-24322 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1039/D2CP03486G

2. Парадеженко Г.В., Первишко А.А., Юдин Д.И. Машинное обучение для поиска топологических спиновых структур Успехи физических наук, - (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3367/UFNr.2022.12.039303

3. Продан Д.В., Парадеженко Г.В., Юдин Д., Первишко А.А. An ab initio approach to anisotropic alloying into the Si(001) surface Physical Chemistry Chemical Physics, Phys. Chem. Chem. Phys. 25, 5501-5509 (2023) (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1039/D2CP04405F

4. Самардак А.Ю., Колесников А., Стеблий М.Е., Герасименко А.В., Садовников А.В., Никитов С.А., Первишко А.А., Юдин Д., Огнев А.В., Третьяков О.А., Ван К., Хан Х.-Ф., Самардак А.С. Thermal annealing driven enhancement of perpendicular magnetic anisotropy and the interfacial Dzyaloshinskii−Moriya interaction in ultrathin Ru/Co/W/Ru films ACS Applied Electronic Materials, ACS Applied Electronic Materials (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1021/acsaelm.3c00254