Китаевские магнитные материалы

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 23-12-00159

НазваниеКитаевские магнитные материалы

Руководитель Стрельцов Сергей Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №80 - Конкурс 2023 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 низкоразмерный магнетизм, DFT+U, модель Китаева

Код ГРНТИ29.19.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на исследование нового класса соединений, получившего в литературе название китаевских материалов. Модель Китаева применяется для описания спиновой подсистемы на решетке типа пчелиные соты. При этом обменное взаимодействие имеет изинговский характер (т.е. задаётся членами типа K Si^zSj^z), но для каждой из трех связей на данной решетке локальная ось z оказывается своей, что приводит к сильной магнитной фрустрации, спин-жидкостному основному состоянию и крайне необычному спектру возбуждений, описываемому майорановскими фермионами. Исследования различных материалов, которые могли бы оказаться реализацией модели Китаева, а также в более общем плане изучение физических свойств систем, в которых анизотропное обменное взаимодействие играет решающую роль, стали одним из наиболее активно развивающихся направлений в физике конденсированного состояния в последние годы. В рамках настоящего проекта планируется теоретическое и экспериментальное исследование нескольких классов китаевских материалов: интенсивно изучаемых в настоящее время слоистых соединений на основе Co, родственных им, но малоисследованных (с точки зрения “китаевской” физики) никелатов, одномерных систем – минералов пироксенов, которые могут оказаться физической реализацией перекрученных китаевских цепочек, двойных перовскитов с фрустрированной ГЦК решеткой, в которых в качестве переходного металла выступает Ir. Коллектив сформирован таким образом, чтобы провести всестороннее изучение данных материалов. Теоретические расчеты в рамках теории функционала плотности с учетом спин-орбитального взаимодействия и корреляционных эффектов (DFT+U+SOC) позволят вычислить полные обменные тензоры для рассматриваемых соединений, проанализировать микроскопические механизмы, лежащие в основе анизотропии обменного взаимодействия, и предложить способы ее увеличения. Спектры спиновых возбуждений и магнитные фазовые диаграммы будут изучены с помощью спин-волновой теории и метода ренормгруппы матрицы плотности (DMRG). Экспериментальные методики включают в себя спектроскопию ядерного магнитного резонанса и комбинационного рассеяния, которые зарекомендовали себя как одни из важнейших методик для изучения китаевских систем.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Воробьева А., Комлева Е., Морозов И., Гейдорф М., Захаров К., Заикина А., Васильчикова Т., Овченков Е., Стрельцов С.В., Васильев А., Волкова О. Peculiar crystal structure and long-range order of spin-1/2 ladders in MoOBr3 Journal of Alloys and Compounds, 968, 172072 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jallcom.2023.172072

2. Максимов П.А. Proximity-induced sequence of field transitions in the Kitaev candidate BaCo2(AsO4)2 Physical Review B, 108, L180405 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevB.108.L180405

3. Максимов П.А., Ушаков А.В., Губкин А.Ф., Редхаммер Г.Й., Винтер С.М., Колесников А.И., Дос Сантос А.М., Гай З., МакГуайр М.А., Подлесняк А., Стрельцов С.В. Cobalt-Based Pyroxenes: A New Playground for Kitaev Physics Proc. Natl. Acad. Sci., 121, e2409154121 (2024) (год публикации - 2024)
10.1073/pnas.2409154121

4. Воробьёва А.А., Болталин А.И., Цымбаренко Д.М., Морозов И.В., Васильчикова Т.М., Гапонцев В.В., Лысенко К.А., Демишев С.В., Семено А.В., Стрельцов С.В., Волкова О.С. Anisotropy of exchange interactions in honeycomb ladder compound ReCl5 Materials Chemistry and Physics (год публикации - 2024)
10.1016/j.matchemphys.2024.130215

5. Поносов Ю.С., Комлева Е.В., Панкрушина Е.А., Михайлова Д., Стрельцов С.В. Raman spectroscopy of Na3CoSb2O6 Письма в ЖЭТФ, 119, 7, 518–522 (год публикации - 2024)
10.1134/S0021364024600125

6. Бер, Д. Таран, Л.С., Портер Д., Бомбарди А., Прабхакаран Д., Стрельцов С.В., , Джонсон Р.Д. Strain-induced antiferromagnetic domain switching via the spin Jahn-Teller effect Physical Review B, 110, L060408 (2024) (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevB.110.L060408

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Исследования, выполненные в рамках работ по проекту, открыли новые перспективы в изучении китаевской физики в двух- и квазидвухмерных кобальтитах. В частности была предложена расширенная модель Китаева–Гейзенберга для описания магнитных свойств пироксена SrCoGe₂O₆, показана важность спин-решеточного взаимодействия в Na₃Co₂SbO₆ и открыта возможность управления магнитными доменами в одномерной системе CoTi₂O₅ через спиновый эффект Яна-Теллера. Теоретическое изучение соединения ReCl₅ выявило уникальную анизотропию обменных взаимодействий, приближающую данную систему по своим свойствам к известным китаевским материалам. Эти исследования закладывают основу для разработки новых материалов для спинтроники и квантовых технологий.

Публикации