Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Лантаноиды и, в частности, Gd и Yb, формируют с монослоем Pb на поверхности Si(111) семейство соединений LnPb3, имеющих одинаковую кристаллическую структуру. Они включают слой Pb толщиной в один атом, расположенный в слегка искаженной решетке кагоме с атомами Ln, заполняющими гексагональные пустоты. Все они имеют схожие электронные зонные структуры, за исключением положения уровня Ферми, которое варьируется между двухвалентными Yb- и трехвалентными соединениями, содержащими Gd, на ∼0,47 эВ. Возможность создания двумерного твердого раствора с единым непрерывным слоем Pb и гексагональными пустотами, случайно заполненными либо атомами Gd, либо атомами Yb, позволяет точно контролировать положение уровня Ферми. Небольшое изменение уровня Ферми вызывает резкие изменения топологии поверхности Ферми из-за перехода Лифшица, а следовательно, и физических свойств. В частности, сопротивление слоя системы GdxYb1−xPb3/Si(111) можно контролируемо изменять в диапазоне порядка величины. Измерения сопротивления и магнитосопротивления одноатомных слоев GdPb3, LaPb3, YbPb3 и Gd_xYb_(1−x) проводились in situ с использованием четырех-зондового метода в диапазоне температур от 2,5 до 33 К и магнитных полей от −8 до +8 Тл. Транспортные и магнитотранспортные свойства GdPb3 принципиально отличаются от свойств LaPb3 и YbPb3, что обусловлено магнетизмом атомов Gd. Полученные данные показывают, что в транспортных и магнитотранспортных свойствах GdPb3 наблюдаются характерные аномалии антиферромагнитного, а также ферромагнитного упорядочения с характерными температурами TN = 6 К и TC = 24 К, соответственно. Вероятнее всего, магнитную структуру одноатомного слоя GdPb3 следует искать среди нетривиальных, например, это может быть топологически устойчивая скирмионная решетка.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
(1) Реализация одномерных (1D) магнитов чрезвычайно сложна и была успешно достигнута для ограниченного круга материалов, в основном состоящих из d-элементов, в то время как 1D магниты на основе редкоземельных элементов остаются в значительной степени неисследованными. В настоящей работе исследован эпитаксиальный синтез двумерного монослоя HoPb3 с решеткой кагоме и предложена стратегия конструирования периодических полос HoPb3 шириной около 1 нм, разделенных ≈2 нм немагнитными спейсерами на основе свинца. Обе фазы демонстрируют спиновую поляризацию типа Рашбы и несколько особенностей Ван Хова в зонной структуре, включая особенности высокого порядка, что характерно для сильно коррелированных электронных систем. Неэмпирические расчеты предсказывают, что как двумерные, так и квази-одномерные фазы демонстрируют необычное сочетание неколлинеарного антиферромагнитного выстраивания магнитных моментов Ho в плоскости, сопровождающееся небольшой внеплоскостной спиновой поляризацией, что приводит к их ферримагнетизму. Обнаружено, что контролируемое электронно-дырочное легирование может эффективно настраивать величину и направление суммарной намагниченности. Более того, было обнаружено, что квази-одномерная фаза содержит признаки одномерной жидкости Томонаги-Латтинжера. Наши результаты предлагают универсальный подход к управлению магнитными состояниями и анизотропией в низкоразмерных магнетиках.

 (2) Транспортные и магнитотранспортные свойства соединения EuPb3 с решеткой кагоме толщиной в один атом на поверхности Si(111) были исследованы in situ с использованием линейного четырехточечного метода в диапазоне температур от 2,5 до 40 К и в магнитном поле, варьируемом от −6 до +6 Тл. Наши результаты показали, что EuPb3 демонстрирует наличие магнитной критической температуры 5 К и два последовательных скачка магнитосопротивления в магнитных полях 0,2 Тл и приблизительно 1,0 Тл, оба из которых демонстрируют незначительный гистерезис. Анализ с помощью неэмпирических расчетов показал, что магнитная конфигурация основного состояния одноатомного слоя металлического EuPb3, скорее всего, является антиферромагнитной с соседними полосками, имеющими противоположное направление магнитного момента Eu, ориентированными перпендикулярно поверхности. Наличие слабого магнитного гистерезиса при индуцированных полем переходах является признаком переходов первого рода и наличия заметной магнитокристаллической анизотропии в системе EuPb3/Si(111). (3) Интеграция редкоземельных (РЗ) металлов в предельно тонкие пленки приводит к различным интересным эффектам, что делает их весьма привлекательными для спинтроники. В то время как большинство исследований сосредоточено на объемных фазах и толстых пленках, сверхтонкие пленки на основе РЗ элементов и одномерные структуры, в которых квантовые эффекты проявляются наиболее интересным образом, недостаточно изучены экспериментально. Нам удалось успешно синтезировать эпитаксиальные, почти идеальные одномерные цепочки La и Ce атомного масштаба. Используя ряд экспериментальных методов в сочетании с неэмпирическими расчетами, мы создали структурную модель и обнаружили, что цепочки имеют металлический характер. Электронный спектр цепочки Ce демонстрирует гигантское обменное расщепление, вызванное магнетизмом, и возникновение спин-поляризованного одномерного электронного канала, который может позволить достичь режима спинового тока в системе. Поскольку синтезированные атомные цепочки интегрированы с Si, они могут обладать большим потенциалом для применения в сверхкомпактной спинтронике. (4) С помощью сканирующей туннельной микроскопии, фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением и неэмпирических расчетов установлены особенности механизм роста и атомной структуры многослойных силицидов HoSi2 на поверхности кремния Si(111). Рост двухслойного силицида происходит с одновременным с ростом трехслойного и одновременным формированием верхнего бислоя кремния двух типов, а именно, А- и В-типа. Структура А-типа верхнего бислоя кремния повторяет расположение атомов в бислое объемного кремния, в то время как в структуре В-типа бислой кремния развернут на 180 градусов. (5) Кагоме-материалы являются универсальной тестовой системой, на которой взаимодействие плоских зон, фермионов Дирака и сингулярностей Ван Хова даёт возможность появлению необычных сильно-коррелированных явлений. Недавно было предсказано, что идеальная кагомэ-решётка, толщиной в один атом, может быть носителем сингулярностей Ван Хова высокого порядка (СВХВП), которые характеризуются чрезвычайно плоскими дисперсиями зон, радикально меняющие электронные свойства материала. Однако, до недавнего времени СВХВП наблюдались только в небольшом количестве материалов, в основном в слоях графена, и никогда не наблюдались в плёнках металла на полупроводнике. В настоящей работе обнаружено существование СВХВП в кагомэ-металле атомарной толщины LaTl3, эпитаксиально выращенном на подложке Si(111). Исследование методом сканирующей туннельной микроскопии и неэмпирических расчётов подтверждают существование решетки кагомэ у слоя LaTl3, а измерения методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением и теоретические расчёты раскрывают сложное и богатое разнообразие появившихся в системе сингулярностей Ван Хова, включая сингулярности высокого порядка, которые могут существенно влиять на аномальный эффект Холла и делают возможным реализацию сильно-коррелированных взаимодействий электронов в этой системе. Полученные данные позволяют отнести кагомэ-монослой LaTl3 к одним из особо привлекательных материалов для сверхкомпактных наноэлектронных устройств.