Магниторезистивный эффект и спиновая динамика в нанонеоднородных магнитных материалах

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 проекта 17-12-01426

НазваниеМагниторезистивный эффект и спиновая динамика в нанонеоднородных магнитных материалах

Руководитель Демишев Сергей Васильевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" , г Москва

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «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 слова Колоссальное магнитосопротивление, нанонеоднородные материалы, спиновые поляроны, терагерцовая спектроскопия, зарядовый и спиновый транспорт, низкотемпературный рентгеноструктурный анализ

Код ГРНТИ29.19.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы выяснения природы колоссального магнитосопротивления в сильно коррелированных соединениях и нанонеоднородных материалах, которое позволит создать новые материалы, обладающие оптимизированными магниторезистивными свойствами для использования в спинтронике. Конкретной задачей проекта является экспериментальное исследование проводимости сильно коррелированных электронных систем, содержащих редкоземельные элементы, а также нанонеоднородных материалов в магнитном поле. Возможность контроля электросопротивления объемных материалов и многослойных нано- и гетероструктур внешним магнитным полем, управляющим их магнитной и электронной структурой, является ключевой для реализации современных цифровых технологий микро- и нано- электроники, а также для спинтронных приложений (создание магнитных головок для сверхплотной записи и хранения информации и спиновых вентилей, сверхчувствительных магнитных сенсоров). Успешное решение прикладных задач напрямую зависит от степени понимания природы механизмов магнитного рассеяния носителей заряда, характера магнитных взаимодействий и особенностей формирования магнитоупорядоченного основного состояния в условиях неустойчивостей различной (электронной, структурной и магнитной) природы, приводящих к фазовому расслоению на нанометровой шкале и инициирующих колоссальное магнитосопротивление в объемных и пленочных проводниках и многослойных нано- и гетероструктурах с магнитными ионами. Важным конкурентным преимуществом проекта является объединение нескольких взаимосвязанных и наиболее эффективных экспериментальных направлений исследований мирового уровня, развиваемых коллективом заявителей на модельных высших боридах RB6 и RB12, для выяснения природы и механизмов, приводящих к КМС в соединениях с магнитными ионами. Экспериментальный подход к решению задач проекта основан на уникальном сочетании различных экспериментальных методов, включающих измерения оптических, транспортных (сопротивление, магнитосопротивление, эффект Холла и термоэдс), магнитных (статические намагниченность и магнитная восприимчивость, высокочастотные ЭПР и микроволновое магнитопоглощение), структурных и тепловых (удельная теплоемкость) свойств изучаемых соединений в диапазоне температур 1.8-300 К (с возможностью расширения нижней границы диапазона до 0.3 К) в магнитном поле до 14 Тл. В проекте также будут задействованы уникальные методы квазиоптической субмиллиметровой ЛОВ-спектроскопии конденсированных сред в субтерагерцовом диапазоне частот (100-1000 ГГц) и высокочастотной магниторезонансной спектроскопии (40-100 ГГц), необходимые для корректного определения основного состояния и механизмов спиновой релаксации в исследуемых объектах. Все эти экспериментальные методы предлагается использовать для комплексного исследования единого набора монокристаллов высших редкоземельных боридов HoxLu1-xB12, TmxLu1-xB12, Tm1-xYbxB12, PrB6, NdB6, La1-xGdxB6 и CexLa1-xB6 (0<x<1), имеющихся в распоряжении заявителей. Исследования будут проводиться по следующим основным направлениям: (1) особенности магнитного рассеяния носителей заряда в режиме формирования магнитных нанокластеров и спин-поляронных состояний в додекаборидах HoxLu1-xB12 и TmxLu1-xB12 (0<x<1); (2) магниторезистивный эффект, многочастичные состояния и эффекты фазового расслоения в системе с переходом металл-изолятор (ПМИ) Tm1-xYbxB12 (0<x<1); (3) тяжелофермионное многочастичное состояние твердых растворов замещения CexLa1-xB6 (0<x<1) и колоссальное отрицательное магнитосопротивление; (4) природа подавления эффекта КМС и перестройка многочастичных состояний и магнитного рассеяния носителей при заполнении 4f-оболочки в ряду гексаборидов CeB6, PrB6, NdB6 и Gd1-xLaxB6; (5) особенности кристаллической структуры при переходе в состояние каркасного стекла и ПМИ в высших боридах RB6 и RB12 и их влияние на амплитуду магниторезистивного эффекта; (6) общие закономерности магнитотранспорта в нанонеоднородных материалах с магнитными ионами и выяснение механизмов возникновения аномалий магнитосопротивления в сильно коррелированных системах различной природы с магнитным и электронным фазовым расслоением. Таким образом, научная новизна проекта определяется выбором для исследований природы колоссального магнитосопротивления новых модельных объектов,– высших боридов RB6 и RB12, масштабом заявляемых взаимодополняющих экспериментов, реализуемых в рамках комплексного подхода на одних и тех же монокристаллах гекса- и додекаборидов на уровне, не уступающем и, в большинстве случаев, превосходящем мировой, и предназначенных для решения фундаментальной проблемы установления природы КМС эффекта и механизмов спин-зависимого транспорта в нанонеоднородных материалах с магнитным и электронным расслоением фаз и наноструктурах.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Гильманов М.И., Семено А.В., Самарин А.Н., Демишев С.В. A novel method of ESR oscilating magnetization value determination in strongly correlated metals EPJ Web of Conferences (год публикации - 2018)

2. Случанко Н.Е., Хорошилов А.Л., Богач А.В., Воронов В.В., Глушков В.В., Демишев С.В, Краснорусский В.Н., Красиков К.М., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б. Скейлинг магнитосопротивления и анизотропия рассеяния носителей заряда в парамагнитной фазе каркасного стекла Ho0.8Lu0.2B12 Письма в ЖЭТФ (год публикации - 2018)

3. Дудка А.П., Новикова Н.Е. Description of the Atomic Disorder (Local Order) in Crystals by the Mixed-Symmetry Method Crystallography Reports, Crystallography Reports, 2017, Vol. 62, No. 6, pp. 1009–1015. (год публикации - 2017)
10.1134/S1063774517060098

4. Демишев С.В., Краснорусский В.Н., Богач А.В., Воронов В.В., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б., Глушков В.В., Случанко Н.Е. Electron nematic effect induced by magnetic field in antiferroquadrupole phase of CeB6 Scientific Reports, том 7, стр. 17430-1-8 (год публикации - 2017)
10.1038/s41598-017-17608-3

5. Горшунов Б.П., Жукова Е.С., Командин Г.А., Торгашев В.И., Муратов А.В., Алещенко Ю.А., Демишев С.В., Шицевалова Н., Филипов В., Случанко Н.Е. Collective infrared excitation in the cage-glass LuB12 JETP Letters (год публикации - 2018)

Публикации

1. Случанко Н.Е., Дудка А.П., Хрыкина О.Н., Болотина Н.Б., Азаревич А.Н., Богач А.В., Гаврилкин С.Ю., Демишев С.В., Духненко А.В., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б., Габани С., Флахбарт К. Особенности кристаллической структуры в окрестности квантовой критической точки и при переходе металл-изолятор в додекаборидах Tm1−xYbxB12 Письма в ЖЭТФ, том 108, вып. 10, с. 715 – 720 (год публикации - 2018)
10.1134/S0370274X18220095

2. Случанко Н.Е., Хорошилов А.Л., Богач А.В., Гаврилкин С.Ю., Глушков В.В., Демишев С.В., Краснорусский В.Н., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б., Габани С., Флахбарт К., Малкин Б.З. Магнитная анизотропия низкотемпературной теплоемкости в соединении с динамическими зарядовыми страйпами Ho0.01Lu0.99B12 Письма в ЖЭТФ, том 108, вып. 7, с. 487 – 492 (год публикации - 2018)
10.1134/S002136401819013X

3. Случанко Н.Е., Хорошилов А.Л., Краснорусский В.Н., Богач А.В., Глушков В.В., Демишев С.В., Красиков К.М., Шицевалова Н.Ю., Филиппов В.Б. МАГНИТНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ И АНИЗОТРОПИЯ РАССЕЯНИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В АНТИФЕРРОМАГНИТНОМ МЕТАЛЛЕ Ho0.5Lu0.5B12 С ДИНАМИЧЕСКИМИ ЗАРЯДОВЫМИ СТРАЙПАМИ Известия Российской академии наук. Серия Физическая (год публикации - 2019)

4. Семено А.В., Гильманов М.И., Случанко Н.Е., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б., Демишев С.В. Antiferromagnetic Resonance in GdB 6 JETP Letters, Vol. 108, No. 4, pp. 237-242 (год публикации - 2018)
10.1134/S0021364018160087

5. Случанко Н.Е., Азаревич А.Н., Богач А.В., Болотина Н.Б., Глушков В.В., Демишев С.В., Дудка А.П., Хрыкина О.Н., Филипов В.Б., Шицевалова Н.Ю., Командин Г.А., Муратов А.В., Алещенко Ю.А., Жукова Е.С., Горшунов Б.П. Observation of dynamic charge stripes in Tm 0.19 Yb 0.81 B 12 at the metal- insulator transition Journal of Physics-Condensed Matter (год публикации - 2019)
10.1088/1361-648X/aaf44

6. Дудка А.П. МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ДИНАМИКИ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР Кристаллография, том 64, №1, с.134-138 (год публикации - 2019)
10.1134/S0023476119010053

Публикации

1. Жукова Е.С., Горшунов Б.П., Командин Г.А., Алябьева Л.Н., Муратов А.В., Алещенко Ю.А., Анисимов М.А., Шицевалова Н.Ю., Половец С.Е., Филипов В.Б., Воронов В.В., Случанко Н.Е. Collective infrared excitation in rare-earth GdxLa1−xB6 hexaborides PHYSICAL REVIEW B, Том: 100 Выпуск: 10 Номер статьи: 104302 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevB.100.104302

2. Хорошилов А.Л., Краснорусский В.Н., Красиков К.М., Богач А.В., Глушков В.В., Демишев С.В. ,Самарин Н.А., Воронов В.В., Шицевалова Н.Ю., Филипов Б.В., Габани С., Флахбарт К., Сименсмайер К., Гаврилкин С.Ю., Случанко Н.Е. Maltese cross anisotropy in Ho0.8Lu0.2B12 antiferromagnetic metal with dynamic charge stripes PHYSICAL REVIEW B, Том: 99 Выпуск: 17 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevB.99.174430

3. Жукова Е.С., Горшунов Б.П., Дрессель М., Командин Г.А., Белянчиков М.А., Бедран З.В., Муратов А.В. ,Алещенко Ю.А., Анисимов М.А., Шицевалова Н.Ю., Духненко А.В., Филипов В.Б., Воронов В.В. ,Случанко Н.Е. Boron 10B-11B isotope substitution as a probe of mechanism responsible for the record thermionic emission in LaB6 with the Jahn-Teller instability JETP LETTERS, Том: 110 Выпуск: 1 Стр.: 79-84 (год публикации - 2019)
10.1134/S0021364019130058

4. Глушков В.В., Анисимов М.А., Богач А.В., Божко А.Д., Демишев С.В., Краснорусский В.Н., Самарин А.Н., Филипов В.Б , Шицевалова Н.Ю. Anomalous Hall Effect in Frustrated Magnets PHYSICS OF THE SOLID STATE, Том: 61 Выпуск: 9 Стр.: 1622-1626 (год публикации - 2019)
10.1134/S1063783419090075

5. Гильманов М.И., Демишев С.В., Малкин Б.З., Самарин А.Н., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б., Случанко Н.Е. Электронный парамагнитный резонанс в додекаборидах HoxLu1−xB12 JETP LETTERS, Том: 110 Выпуск: 4 Стр.: 266-272 (год публикации - 2019)
10.1134/S0370274X19160069

6. Дудка А.П., Болотина Н.Б., Хрыкина О.Н. Debye Fit: a simple tool to obtain an appropriate model of atomic vibrations in solids from atomic displacement parameters obtained at different temperatures JOURNAL OF APPLIED CRYSTALLOGRAPHY, Том: 52 Стр.: 690-692 Часть: 3 (год публикации - 2019)
10.1107/S1600576719005818

7. Дудка А.П., Хрыкина О.Н., Болотина Н.Б., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б., Анисимов М.А., Габани С., Флахбарт К., Случанко Н.Е. Quantum diffusion regime of charge transport in GdB6 caused by electron and lattice instability Physical Review B, Vol. 100, Iss. 20, Art 205103 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevB.100.205103

8. Жукова Е.С., Горшунов Б.П., Азаревич А.Н., Богач А.В., Филипов В.Б., Шицевалова Н.Ю., Командин Г.А., Муратов А.В., Алещенко Ю.А., Случанко Н.Е. Terahertz-Infrared Spectroscopy of Tm0.19 Yb0.81 B12 Dodecaboride IEEE 2019 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), Volume 2019-September, September 2019, Art. No 8873738 (год публикации - 2019)
10.1109/IRMMW-THz.2019.8873738

9. Жукова Е.С., Горшунов Б.П., Дрессель М., Командин Г.А., Белянчиков М.А., Муратов А.В., Алещенко Ю.А., Анисимов М.А., Шицевалова Н.Ю, Духненко А.В.,Филипов В.Б., Воронов В.В.Случанко Н.Е. Out-of-Equilibrium Electrons and Record Thermionic Emission in LaB6 IEEE 2019 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), Volume 2019-September, September 2019, Art. No 8873936 (год публикации - 2019)
10.1109/IRMMW-THz.2019.8873936

10. Дудка А.П., Хрыкина О.Н., Болотина Н.Б., Шицевалова Н.Ю. Jahn–Teller Lattice Distortions and Asymmetric Electron Density Distribution in the Structure of TmB12 Dodecaboride in the Temperature Range of 85–293 K Crystallography Reports, September 2019, Volume 64, Issue 5, pp 737–742 (год публикации - 2019)
10.1134/S1063774519050079

11. Краснорусский В.Н., Богач А.В., Случанко Н.Е., Демишев С.В., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б., Присташ Г., Габани С., Флахбар К., Глушков В.В. Anomalous Magnetic Contributions to Hall Effect in Ho0.5Lu0.5B12 ACTA PHYSICA POLONICA A (год публикации - 2020)

12. Богач А.В, Азаревич А.Н., Демишев С.В., Глушков В.В., Самарин А.Н., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б., Габани С., Флахбарт К., Случанко Н.Е. Evidence of Griffiths phase behavior in the paramagnetic state of heavy fermion compounds CexLa1-xB6 (0.01<x<1). ACTA PHYSICA POLONICA A (год публикации - 2020)

13. Азаревич А.Н., Богач А.В., Демишев С.В., Глушков В.В., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б., Габани С., Присташ Г., Флахбарт К., Гаврилкин С.Ю., Случанко Н.Е. Magnetic Phase Diagram of Tm0.96Yb0.04B12 Antiferromagnet With Dynamic Charge Stripes and Yb Valence Instability ACTA PHYSICA POLONICA A (год публикации - 2020)

14. Случанко Н.Е., Хорошилов А.Л., Краснорусский В.Н., Красиков К.М., Богач А.В., Демишев С.В., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б., Габани С., Симесмайер К., Гаврилкин С.Ю., Флахбарт К. Maltese Cross Anisotropy in the Antiferromagnetic State of Metallic Ho0.5Lu0.5B12 With Dynamic Charge Stripes. ACTA PHYSICA POLONICA A (год публикации - 2020)