Влияние обменного взаимодействия между возбужденными состояниями на спиновые кроссоверы в равновесных и неравновесных условиях

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 18-12-00022

НазваниеВлияние обменного взаимодействия между возбужденными состояниями на спиновые кроссоверы в равновесных и неравновесных условиях

Руководитель Овчинников Сергей Геннадьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" , Красноярский край

Конкурс №28 - Конкурс 2018 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 спиновый кроссовер, обменное взаимодействие, возбужденные состояния, высокие давления, оптическая накачка, редкоземельные кобальтиты, кроссовер в неравновесных условиях

Код ГРНТИ29.19.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Спиновый кроссовер есть особый тип переключения из одного магнитного состояния в другое, либо из магнитного в немагнитное. Вместо изменения ориентации намагниченности, используемой в традиционном подходе с магнитной памятью, спиновый кроссовер дает возможность изменять величину намагниченности, и тем самым реализовать возможность альтернативного вида магнитной записи и считывания информации. Особый интерес представляют возможности кроссовера под действием фемтосекундных лазерных импульсов в связи с появлением в последнее время работ по полностью оптической схеме магнитной записи и считывания информации. В настоящем проекте мы рассмотрим класс явлений, обусловленных как оптической накачкой возбужденных магнитных состояний, так и термодинамически равновесные системы с заселенностью возбужденных магнитных состояний при конечных температурах, с учетом межатомного обменного взаимодействия возбужденных ионов. Кроссовер может достигаться либо высоким давлением, как в окислах железа, либо тепловым расширением решетки, как в редкоземельных кобальтитах, либо и давлением и температурой и оптической накачкой, как в металлоорганических комплексах железа . Что касается оптически возбужденных магнитных ионов, то для них могут быть интересны нестационарные эффекты, возможность экспериментального изучения которых появилась в связи с созданием фемтосекундных лазеров и запуском рентгеновских лазеров на свободных электронах. Например, на XFEL в Гамбурге в 2018 г. планируется начало работы станции рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии с временным разрешением. Научная новизна проекта заключается в выявлении кооперативных эффектов, обусловленных обменным взаимодействием возбужденных термов магнитных ионов. В традиционном одноионном подходе спиновый кроссовер происходит тогда, когда два терма - высокоспиновый и низкоспиновый, пересекаются при изменении внешнего воздействия: давления, деформации решетки, электромагнитного поля. Такое явление при нулевой температуре может быть описано как квантовый фазовый переход с топологическим параметром порядка типа фазы Берри. При конечных же температурах кроссовер протекает плавно в некотором интервале температуры и , вообще говоря. не является фазовым переходом. Недавно нами показано, что при учете межионного обменного взаимодействия спиновый кроссовер может быть фазовым переходом первого рода (Nesterov A.I. etal, Phys.Rev.B 96, 134103 (2017)). В данном проекте мы последовательно и аккуратно исследуем теоретически различные варианты спиновых кроссовером под давлением, при упругой связи между ионами, под действием оптической накачки, меняющей не только заселенность возбужденного терма, но и его вклад в обменное взаимодействие. Будут также рассмотрены неравновесные условия, когда изменение заселенности возбужденного терма зависит от времени. Мы планируем также провести экспериментальные исследования кооперативных эффектов в спин-кроссоверных системах и уже подали заявку на синхротрон в Гренобль для измерений зависимости структурных параметров и магнитных моментов в камере высокого давления при различных температурах методами рентгеновской спектроскопии. По мере ввода в действие экспериментальных станций на XFEL мы планируем экспериментальные и теоретические исследования динамики спиновых кроссовером с временным разрешением.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Гавричков В.А., Полукеев С.И., Овчинников С.Г. Суперобменное взаимодействие в магнитных диэлектриках со спиновым кроссовером Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики, Том 154 , Вып. 4 (10) , стр. 835–843 (год публикации - 2018)
10.1134/S0044451018100127

2. Кузьмин В.И., Орлов Ю.С., Зарубин А.Е., Овчинникова Т.М. и Овчинников С.Г. Magnetism in spin crossover systems: Short-range order and effects beyond the Heisenberg model PHYSICAL REVIEW B, Том: 100 Выпуск: 14 144429 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevB.100.144429

3. Орлов Ю.С., Николаев С.В., Овчинников С.Г. Магнитные свойства и спиновый кроссовер при высоких давлениях в окислах переходных металлов с d5- ионами Journal of Experimental and Theoretical Physics, ЖЭТФ, 2019, том 156, вып. 6 (12), стр. 1165–1174 (год публикации - 2019)
10.1134/S0044451019120137

4. Овчинников С.Г., Гавричков В.А., Полукеев С.И. и Малаховский А.В. Exchange Interaction between the Excited States of Magnetic Ions Physics of Metals and Metallography, Vol. 120, No. 13, pp. 91–94 (год публикации - 2019)

5. Гавричков В.А., Полукеев С.И., Овчинников С.Г. Cation spin and superexchange interaction in oxide materials below and above spin crossover under high pressure Physical Review B, Том: 101, Вып: 9, 094409 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevB.101.094409

6. Дудников В.А., Орлов Ю.С., Соловьев Л.А., Верещагин С.Н., Гаврилкин С.Ю., Цветков А.Ю., Великанов Д.А., Горев М.В.,Новиков С.В., Овчинников С.Г. Effect of multiplicity fluctuation in cobalt ions on crystal structure, magnetic and electrical properties of NdCoO3 and SmCoO3 MOLECULES, том. 25,вып.6, 1301 (год публикации - 2020)
10.3390/molecules25061301

7. Овчинников С.Г., Руденко В.В., Казак Н.В., Эдельман И.С., В.А.Гавpичков Слабый ферромагнетик борат железа FeBO3. Классический объект для магнетизма и современное состояние исследований JOURNAL OF EXPERIMENTAL AND THEORETICAL PHYSICS, Том: 131 Выпуск: 1 Стр.: 177-188 (год публикации - 2020)
10.1134/S106377612007016X

8. Михайловский Р.В., Хьюсман Т.Дж., Гавричков В.А., Полукеев С.И., Овчинников С.Г., Афанасьев Д., Писарев Р.В.,Рейсинг Т. и Кимель А.В. Resonant pumping of d-d crystal field electronic transitions as a mechanism of ultrafast optical control of the exchange interactions in iron oxides PHYSICAL REVIEW LETTERS, Том: 125 Выпуск: 15, Номер статьи: 157201 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevLett.125.157201

9. Гавричков В.А. , Орлов Ю.С., Овчинникова Т.М, Овчинников С.Г. Механизмы перехода диэлектрик–металл и спинового кроссовера в CoO при высоких давлениях Письма в ЖЭТФ, том 112, вып. 4, с. 258 – 262 (год публикации - 2020)
10.31857/S1234567820160077

10. Орлов Ю.С., Николаев С.В., Овчинников С.Г., Нестеров А.И. Сверхбыстрая квантовая динамика релаксации магнитоупорядоченных систем со спиновым кроссовером в возбужденном состоянии при внезапном возмущении Письма в ЖЭТФ, том 112, вып. 4, с. 268 – 274 (год публикации - 2020)
10.31857/S1234567820160090

11. Орлов Ю.С., Соколов А.Э., Дудников В.А., Шульга К.В.,Волочаев М.Н., Жарков С.М.,Шестаков Н.П., Высотин М.А. и Овчинников С.Г. Contribution of the Multiplicity Fluctuation in the Temperature Dependence of Phonon Spectra of Rare-Earth Cobaltites Molecules, 25, 4316 (год публикации - 2020)
10.3390/molecules25184316

12. Овчинников С.Г., Орлов Ю.С., Соловьев Л.А., Гаврилкин С.Ю., Цветков А.Ю., Великанов Д.А., Горев М.В., Верещагин С.Н. и Дудников В.А. Strong effect of multiplicity fluctuations in rare-earth cobaltites on magnetic, electronic and crystal structure properties Journal of Biological Physics and Chemistry, Vol. 19, Number 3/4, pp. 56-60 (год публикации - 2019)

Публикации