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 25-12-00028

НазваниеВан дер Ваальсовы магнетики

Руководитель Волкова Ольга Сергеевна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №104 - Конкурс 2025 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 Низкоразмерные магнетики, Антиферромагнетизм, Ферромагнетизм, Соединения 4d/5d металлов, Ван дер Ваальсовы соединения

Код ГРНТИ29.19.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Создание двумерных элементов записи и хранения информации требует учета квантово - механических ограничений. Двумерные Гейзенберговские системы не могут сформировать магнитоупорядоченную фазу в соответствии с теоремой Мермина – Вагнера при конечной температуре. Однако, как недавно показано, некоторые ван-дер-Ваальсовы системы демонстрируют сильно искаженную функцию Бриллюэна с высокой температурой Кюри в почти двумерном случае, что связывают с анизотропией. Известно, что анизотропия возрастает от 3d к 5d металлам, что делает представителей групп 4d и 5d перспективными в плане поиска двумерных упорядоченных систем. Однако, многие известные халькогениды, как например, MoS2 и WSe2 немагнитны. 4d/5d-орбитали более объемны, лучше перекрыты c орбиталями лигандов, что приводит к формированию зон. Редкие случаи магнитного отклика связаны преимущественно с нечетным числом электронов, локализованных на 4d/5d-металлах или кластерах или ферромагнитным расположением четного числа электронов в кластерах. Мы планируем синтезировать и исследовать свойства структурных димеров в W(Br1-xClx)5 (W5+, 5d1) и Re(Cl1-xFx)5 (Re5+ 5d2), тетрамеров в MoF5 (Mo5+, 4d1)и WF5 (W5+, 5d1) и лестниц в WOCl3 (W5+, 5d1). В других системах с четным числом электронов на t2g орбиталях открывается возможность для разморозки спин - орбитального взаимодействия, что повышает роль биквадратных и триквадратных взаимодействий, создавая мультиполярные варианты магнитного упорядочения. Среди таких систем в рамках настоящего проекта мы планируем исследовать свойства тетрамеров в RhF5 (Rh5+ 5d4), двумерных слоев в OsOCl2 (Os4+, 5d4). Дополнительно в проекте будут исследоваться известные ван-дер-Ваальсовы системы типа CrGeTe3 с химическими замещениями. Научная новизна проекта связана с исследованием магнетизма новых Ван дер Ваальсовых систем 4d/5d, которые являются технологичными легко эксфолиируемыми материалами.

Ожидаемые результаты
В рамках выполнения настоящего проекта будут синтезированы новые Ван дер Ваальсовы магнетики, включая W(Br1-xClx)5, Re(Cl1-xFx)5, WOCl3, RhF5, MoF5, WF5, OsOCl2 и легированный CrGeTe3. Важным этапом в ходе работы является разработка новых методов синтеза и оптимизация метода синтеза с целью получения однофазных образцов в количестве, достаточном для проведения физических измерений. Будет установлена фазовая чистота и кристаллическая структура, а также термодинамические и резонансные свойства полученных соединений. Тонкие особенности спиновой, зарядовой, решеточной и орбитальной подсистем будут уточнены с помощью электронного парамагнитного резонанса. На основании всех полученных экспериментальных данных будут разработаны модели магнитного основного состояния исследованных систем. Полученная базовая информация о Ван дер Ваальсовых магнетиках может быть использована для создания двумерных элементов магнитной записи и хранения информации. Полученные данные будут соответствовать мировому уровню, что будет подтверждено публикациями в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях преимущественно из первого квартиля Q1. По результатам работы будет защищена 1 диссертация на соискание степени кандидата наук.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Выполнены работы по синтезу пентабромида и пентахлорида вольфрама WBr5 и WCl5, и W(Cl1-xBrx)5. Синтез пентахлорида вольфрама проводили в две стадии. На первом этапе получали WCl6, который затем восстанавливали с целью получения однофазного кристаллического продукта WCl5. Образец WCl5 был охарактеризован методом рентгенофазового анализа (РФА). Для полученной рентгенограммы были уточнены параметры кристаллической решетки по методу Ле-Бейля: пр. гр. С2/m, a = 17.4589 Å, b = 17.6961 Å, c= 6.0576 Å, β = 95.7939°, V = 1861.957 Å3, R =0.0276, wR = 0.0423. Образец пентахлорида вольфрама однофазный. Полученный пентабромид вольфрама(V) охарактеризован методом РФА. Образец однофазный, параметры решетки, уточненные по методу Ле-Бейля: пр. гр. Р1 ̅, a = 9.798(6) Å, b = 10.644(7) Å, c = 11.783(9) Å, α = 68.39(6)°, β = 68.90(5)°, γ = 89.48(6)°, V = 1055.1(14) Å3 (R = 0.0081, wR = 0.0097). Для получения серии W(Br1-xClx)5 (x = 0.95, 0.9, 0.75, 0.5, 0.2) использовали смесь предварительно полученных WCl5 и WBr5 в определенном мольном соотношении. Согласно данным РСА все замещенные пентагалогениды вольфрама W(Cl1-xBrx)5 изоструктурны чистому WCl5. По данным РФА все образцы являются однофазными. 2. Новый ферромагнитный (ФМ) полиморф бромида вольфрама WBr5 получен прямым бромированием вольфрама. Средний g-фактор ионов W5+ (5d1), gav = 1,86(48), определенный по данным ЭПР, указывает на значительную примесь орбитального момента к спиновому. Образование ФМ упорядоченного состояния при TC = 34 K было подтверждено исследованиями намагниченности и удельной теплоемкости. Петля гистерезиса, снятая при 2 K, характеризуется моментом насыщения 0,15 mB/f.u., остаточной намагниченностью 0,1 mB/f.u. и коэрцитивным полем 1,5 Тл. Образование ФМ упорядоченного состояния ниже TC было подтверждено измерениями ас магнитной восприимчивости. Расчеты из первых принципов позволяют оценить внутри- и два междимерных обменных взаимодействия: J1 = 18 K, J2 = 13 K и J3 = 8 K. Небольшой скос магнитных моментов вольфрама обусловлен сильной одноионной анизотропией с состояниями W-d и Br-p, вносящими значительный вклад вблизи уровня Ферми. 3. Для нового семейства галогенидов вольфрама W(Cl1-xBrx)5 (x = 0-0.8) установлена зависимость структурных и магнитных свойств в ряду в зависимости от анионного состава. Все соединения содержат димерные молекулярные единицы W2X10 (X = Cl, Br), состоящие из галогенидных октаэдров, соприкасающихся ребрами, в которых атомы брома преимущественно занимают позиции в базисной плоскости, а атомы хлора – апикальные позиции. Исходное соединение WCl5 демонстрирует два магнитных фазовых перехода: ПМ в АФМ ниже TN = 14.8 К и АФМ в фазу со спонтанным моментом ниже TC = 10.4 К. Все бромсодержащие системы демонстрируют один магнитный фазовый переход в фазу со спонтанным моментом с ростом температуры Кюри до TC = 34 К для W(Cl0.2Br0.8)5. Наблюдается немонотонное изменение момента насыщения с ростом х в системе. 4. Синтезированы однофазные образцы хлорида рения(V) ReCl5, бромида вольфрама(V) WBr5 и хлорида вольфрама(V) WCl5, а также замещенные составы(Re0.5Mo0.5)Cl5, (W0.5Mo0.5)Cl5 и W(Cl0.5Br0.5)5. Кристаллическая структура и фазовый состав образцов установлены методами рентгеновской дифракции (РСА, РФА). Показано, что синтезированные галогениды обладают полиморфизмом. 5. Проведена работа по исследованию новых слоистых антимонатов A3Q2SbO6 (A = Li or Na; Q = Co1/5Ni1/5Cu1/5Mg1/5Zn1/5). Измерения dc и ac магнитной восприимчивости, а также удельной теплоёмкости указывают на отсутствие какого-либо магнитного порядка вплоть до 2 К в Na3Q2SbO6, в то время как Li3Q2SbO6 демонстрирует поведение спин-кластерного стекла ниже 5 К. Параметр Мидоша K, характеризующий сдвиг частоты f температуры стеклования, составляет 0.05. В рамках модели критического замедления получены значения температуры стеклообразного замерзания Tg = 4.1 К (при f → 0), микроскопического времени переворота спина τ0 = 10-10 с и критического индекса zν = 10. Опубликована статья в Dalton Transactions DOI: 10.1039/D5DT01771H. 6. Структура сложного оксида марганца со смешанной валентностью LiMn2TeO6 включает димерные, цепочечные и планарные мотивы. Три позиции Mn образуют АФМ каркас, а четвертая ферромагнитно с ним связана. Исследования методами ЯМР, dc и ac магнитной восприимчивости, удельной теплоемкости демонстрируют нетривиальный сценарий трансформации спиновой системы при понижении температуры. Обнаружено изменение корреляционных режимов с медленной динамикой в сильных магнитных полях, а также необычная магнитная статическая фаза при T < 6 К и B > 5 Тл. Все полученные результаты суммированы на магнитной фазовой диаграмме. Опубликована статья в Magnetic Resonance in Solids DOI: 10.26907/mrsej-25302 7. Исследован каскадный переход на фазовой диаграмме Fe(Se,Te). В исследованных кристаллах структурный фазовый переход происходит в два этапа. При более высоких температурах электронная подсистема претерпевает перестройку, приводящую к значи- тельному увеличению эластосопротивления. Данные ядерного магнитного резонанса 77Se показывают резкое изменение скорости релаксации во время этого перехода. Последующий переход происходит при температуре на несколько градусов ниже и также сопровождается аномалиями в электронных свойствах. Таким образом, на фазовой диаграмме Fe(Se,Te), а также на фазовых диаграммах FeSe под давлением существует область, где структурные переходы происходят в две последовательные стадии. Это сходство между соответствующими фазовыми диаграммами объясняется одинаковой деформацией окружения железа в соединениях Fe(Se,Te) и в FeSe под давлением. Эти результаты предоставляют новую и важную информацию о фазовой диаграмме соединений Fe(Se,Te) и, в частности, свидетельствуют о существовании специфической орбитальной или структурной нестабильности в базовом структурном элементе сверхпроводников на основе железа. Опубликована статья в JETP Letters DOI: 10.1134/S0021364025607821 8. Исследованы магнитные свойства теллуридов тербия TbTe₃ и Tb₂Te₅ с использованием термодинамических измерений, сверхбыстрой спектроскопии и вращательной магнитометрии, что позволило установить связь между их структурой и магнитным упорядочением. Термодинамические измерения выявили, что Tb₂Te₅ обладает двумя антиферромагнитными переходами при 9,0 K и 6,8 K, тогда как TbTe₃ характеризуется тремя переходами, один из которых связан с волнами зарядовой плотности. Высокотемпературный анализ χ(T) для Tb₂Te₅ хорошо описывается законом Кюри–Вейсса; эффективные моменты совпадают с ожидаемыми для Tb³⁺. Сверхбыстрая спектроскопия показала связь магнитного упорядочения Tb₂Te₅ с динамикой электронной подсистемы, а вращательная магнитометрия обнаружила различия в ориентации магнитных моментов: в TbTe₃ они переориентируются при охлаждении, тогда как в Tb₂Te₅ при низких температурах остаются в плоскости ac. Опубликована статья в Physical Review B DOI: 10.1103/rm6p-8hzd

 

Публикации

1. Налбандян В.Б., Шукаев И.Л., Попов Ю.В., Васильев А.Н., Васильчикова Т.М. Structure and magnetic properties of high-entropy honeycomb-layered A3Q2SbO6 (A = Li or Na; Q = Co1/5Ni1/5Cu1/5Mg1/5Zn1/5) Dalton Transaction, том 54, страницы 13738–13746 (год публикации - 2025)
10.1039/d5dt01771h

2. Чареев Д.А., Гиппиус А.А., Овченков Е.А., Преснов Д.Е., Пузанова И. Г. , Ткачев А. В., Волкова О. С., Журенко С. В. , Васильев А. Н. Каскадный переход на фазовой диаграмме Fe(Se,Te) Письма в ЖЭТФ, том 122, выпуск 5, с 280-289 (год публикации - 2025)
10.31857/S0370274X25090062

3. Воробьева А.А., Болталин А.И., Васильчикова Т.М., Лысенко К.А., Васильев А.Н., Волкова О.С. Van der Waals ferromagnetic systems based on polymorphs of 4d- and 5d-metal pentahalides: synthetic approaches and magnetic states switching pathways BOOK OF ABSTRACTS «New Emerging Trends in Chemistry» Conference (NewTrendsChem-2025), стр 267 (год публикации - 2025)

4. Шамова И., Сунь Ж.Ю., Чанг С.Ю., Попова В., Чареев Д., Шванская Л., Ксенофонтов Д., Воробьева А., Лысенко К., Демидов А., Йе Х.Ю., Цзэн В.Ю., Линь Ж.Ю., Луо С-В, Монсо П., Пашо Э., Лоренцо Е., Синченко А., Васильев А., Волкова О. Comparative study of terbium tellurides Tb2Te5 and TbTe3 Physical Review B, том 112, стр 094434 (год публикации - 2025)
10.1103/rm6p-8hzd

5. Шамова И.К. Сравнительное исследование теллуридов тербия Tb2Te5 и TbTe3 Сборник тезисов XXIV Всероссийской конференции Проблемы физики твёрдого тела и высоких давлений, стр 163-164 (год публикации - 2025)

6. Воробьёва А.А., Болталин А.И., Васильчикова Т.М., Волкова О.С., Лысенко К.А. Супрамолекулярная организация пентагалогенидов молибдена, вольфрама и рения как способ управления магнитной структурой Сборник тезисов XXIX МЕЖДУНАРОДНАЯ ЧУГАЕВСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО КООРДИНАЦИОННОЙ ХИМИИ, стр 72 (год публикации - 2025)

7. Воробьёва А.А., Болталин А.И., Васильчикова Т.М., Лысенко К.А., Васильев А.Н., Волкова О.С. Полиморфные модификации пентагалогенидов 4d- и 5d-металлов: роль магнитной анизотропии и галогенных связей в формировании дальнего магнитного порядка Сборник тезисов II Международного сибирского химического симпозиума, стр 195-196 (год публикации - 2025)

8. Воробьёва А.А., Болталин А.И., Васильчикова Т.М., Лысенко К.А., Васильев А.Н., Волкова О.С. Полиморфные модификации пентагалогенидов 4d- и 5d-металлов: связь между кристаллической и магнитной структурой Сборник тезисов Николаевские чтения 2025, стр 37 (год публикации - 2025)

9. Васильчикова Т.М., Вавилова Е.Л. Correlated regimes with slow dynamics in complex oxide LiMn2TeO6 Magnetic Resonance in Solids, Electronic Journal (MRSej), том 27, номер статьи 25302 (год публикации - 2025)
10.26907/mrsej-25302