Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Синтезированы интерметаллические соединения TbMn2Si2, DyMn2Si2, La1-xErxMn2Si2, Dy1-xErxMn2Si2. Проведены исследования кристаллической структуры, магнитных, электрических, магнитотепловых свойств на поликристаллических образцах. Для изучения магнитотранспортных свойств были получены квазимонокристаллы соединения TbMn2Si2, DyMn2Si2, GdMn2Si2. Разработана методика изготовления электрических контактов к образцам. Качественные контакты получены при пайке припоем In-Ag поверх нанесенных методом магнетронного распыления медных площадок. Измерены магнитополевая и температурная зависимости магнитосопротивления и эффекта Холла в квазимонокристаллах в магнитном поле до 90 кЭ в трех различных ориентациях магнитного и электрического поля относительно кристаллографических направлений монокристаллов. Проведены магнитные измерения и построены концентрационные магнитные фазовые диаграммы систем La1-xErxMn2Si2 и Dy1-xErxMn2Si2. Проведены нейтронографические измерения четырех образцов Dy1-xErxMn2Si2 (x = 0, 0.2, 0.6, 0.8) при низких температурах от 3 К до 90 К и комнатной температуре. Показано, что в основном состоянии возникает конкуренция магнитной анизотропии в редкоземельных слоях, содержащих атомы Dy, обладающих одноосной магнитной анизотропией и Er, обладающих плоскостной магнитной анизотропией, которая существенно влияет на формирование магнитной структуры. При замещении диспрозия эрбием в интерметаллических соединениях Dy1 xErxMn2Si2 на нейтронограммах при низкой температуре наблюдается исчезновение магнитного рефлекса (001), характерного для антиферромагнитного упорядочения марганца в плоскости тетрагональной структуры. Определены магнитные структуры в соединениях La1-xTbxMn2Si2 с разной концентрацией тербия. Показано, что при 293 K с ростом х происходит смена типа межслойного Mn-Mn магнитного упорядочения от ферромагнитного к антиферромагнитному и переход от угловой к коллинеарной магнитной структуре в слоях марганца. При низких температурах и концентрации тербия x ≥ 0.6 из-за наличия сильной одноосной магнитной анизотропии подрешетки Tb и конкуренции отрицательных межслойных Mn-Mn и Tb-Mn взаимодействий реализуется ферримагнитная структура с подрешеткой Tb коллинеарной с-оси и отклоненной от с-оси подрешеткой Mn. В сильных импульсных магнитных полях при низких температурах обнаружены индуцированные магнитным полем магнитные фазовые переходы, сопровождающиеся значительным гистерезисом. Изучены структура и магнитные свойства соединений GdMn2(Ge1-xSix)2. Обнаружено, что с ростом концентрации кремния x происходит спиновая переориентация от с-оси к базисной плоскости через угловую фазу. Определена концентрационная зависимость угла отклонения магнитного момента относительно оси c при 4.2 К. Анализ магнитных структур в трехподрешеточной модели с отрицательными обменными взаимодействиями между подрешетками позволил рассчитать полевые зависимости магнитного момента вдоль главных кристаллографических направлений. Обнаружено семь различных магнитных структур, реализующихся в разных полях. Для объяснения спиновой переориентации в системе GdMn2(Ge1-xSix)2 через угловую магнитную фазу необходимо учитывать магнитную анизотропию подрешеток Mn с положительной константой анизотропии K1 и отрицательной константой K2. Создана и зарегистрирована в Роспатенте программа, предназначенная для моделирования процессов намагничивания с учетом пяти констант анизотропии. При анализе магнитных свойств в интерметаллидах RMn2Si2 обнаружено, что магнитные нейтронограммы не могут быть описаны в рамках шести основных магнитных структур, предложенных в ранних работах. Чтобы разрешить это противоречие, создана новая классификация соизмеримых магнитных структур для материалов с кристаллической структурой типа ThCr2Si2. Симметрийный анализ был проведен по пространственной группе P4/mmm вместо I4/mmm. Такой подход позволил описать все известные магнитные структуры, а также предсказать еще не наблюдаемые новые магнитные структуры, которые могут быть реализованы в подрешетке Mn. Теоретически изучены фазовые переходы в приближении среднего поля в открытой системе, состоящей из ансамбля взаимодействующих квантовых подсистем с дискретным спектром. В случае двухуровневых квантовых подсистем в аналитическом виде получены выражения для свободной энергии, теплоемкости и восприимчивости как функции внутренних управляющих параметров.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
С целью установления влияния магнитной анизотропии редкоземельных ионов на магнитную структуру соединений RMn2Si2 (R – редкоземельный элемент) проведены магнитные измерения квазимонокристаллов и исследования дифракции нейтронов систем La1-xTbxMn2Si2, La1-xDyxMn2Si2, La1-xErxMn2Si2, Dy1-xErxMn2Si2. Построены магнитные фазовые диаграммы систем в координатах х – Т, которые могут быть использованы для выбора составов с максимальными магнитотепловыми и магнитообъемными эффектами, полезными для практических приложений. Обнаружен ряд новых эффектов, ранее не наблюдаемых в этих соединениях. Так в системах La1-xTbxMn2Si2 и La1-xDyxMn2Si2 установлено, что с ростом х вследствие уменьшения расстояния Mn-Mn изменяется тип межслойного обмена Mn-Mn от ферромагнитного до антиферромагнитного при x = 0.2-0.4. Наличие отрицательных обменных взаимодействий Mn-Mn и R-Mn приводит к тому, что атомы Tb и Dy оказываются во фрустрированной позиции, что влияет на формирование магнитной структуры. При этом в системе с тербием вблизи температуры магнитного разупорядочения подрешетки Tb в образце присутствуют две магнитные фазы: антиферромагнитная с нулевым моментом Tb и ферримагнитная. Разупорядочение подрешетки Tb является фазовым переходом 1-го рода. Вблизи этого перехода наблюдается значительное изменение магнитной энтропии при приложении магнитного поля, и соединения перспективны для низкотемпературных магнитотепловых приложений. В системе Dy1-xErxMn2Si2 в области промежуточных концентраций х = 0.4 и 0.6 вследствие сильной магнитокристаллической анизотропии редкоземельных ионов магнитные подрешетки Dy и Er упорядочиваются независимо. Магнитные моменты подрешетки Dy ориентированы вдоль с-оси, а Er – в базисной плоскости, и их разупорядочение происходит при разных температурах. Такой эффект наблюдается впервые в соединениях со структурой ThCr2Si2. В соединениях, богатых диспрозием при низкой температуре вследствие сильной одноосной анизотропии и отрицательного обменного взаимодействия Dy-Mn антиферромагнетизм марганцевых слоев оказывается подавленным и формируется ферримагнитная структура с антипараллельно направленными магнитными моментами Dy и Mn. С увеличением температуры либо при замещении части диспрозия эрбием обмен Dy-Mn ослабевает, но антиферромагнетизм в подрешетке Mn не формируется вследствие 3d-4f магнитных фрустраций. В результате только Dy подрешетка остается в ферромагнитном состоянии, в то время как Mn подрешетка разупорядочивается. По-видимому, это первый случай наблюдения подавления магнитного упорядочения подрешетки Mn в RMn2Si2. В системе Tb(Ni1-xMnx)2Si2 с помощью магнитной нейтронографии показано, что при x < 0.2 при низких температурах реализуется несоизмеримая антиферромагнитная структура в подрешетке тербия, а на кривых намагничивания, измеренных вдоль тетрагональной с-оси наблюдаются множественные скачки («дьявольская лестница»). Несоизмеримая структура исчезает при x = 0.2. В соединениях с х = 0.6, 0.8 обнаружена большая коэрцитивная сила, порядка 30 кЭ при 2 К. С использованием установки PPMS в магнитных полях до 9 Тл проведены измерения магнитотранспортных свойств монокристаллов GdMn2Si2, DyMn2Si2, TbMn2Si2: электросопротивления, магнитосопротивления, холловского сопротивления в диапазонах температур от 2 до 300 К в различных геометриях тока, ЭДС и магнитного поля по отношению к кристаллографическим осям. Для проведения анализа различных вкладов в холловское сопротивление и магнитосопротивление и установления наличия либо отсутствия аномального и топологического эффекта Холла проводятся измерения намагниченности при тех же температурах и ориентациях магнитного поля в магнитных полях до 9 Тл. Синтезированы новые соединения с хромом типа RCr2X2 (X = Si, Ge). Получены однофазные соединения c кремнием DyCr2Si2, TmCr2Si2, YCr2Si2, TbCr2Si2, ErCr2Si2, GdCr2Si2, SmCr2Si2 и HoCr2Si2. Впервые синтезировано однофазное соединение с германием SmCr2Ge2. Соединения обладают высокими температурами Нееля и большим магнитным моментом на хроме. Планируется проведение экспериментов по магнитной нейтронографии при низкой температуре, когда возможно возникновение магнитного упорядочения в редкоземельной подсистеме, и при комнатной температуре, когда магнитное упорядочение существует только в подрешетке хрома. Кривая намагничивания GdMn2Si2 измерена вдоль тетрагональной с-оси на текстурованных образцах в сверхсильных магнитных полях до 3500 кЭ при температуре 4.2 K на уникальном магнитокумулятивном генераторе МК 1 в РФЯЦ-ВНИИЭФ, г. Саров. Подтверждено существование шести различных магнитных фаз, индуцируемых экстремально сильными магнитными полями, предсказанных нами ранее с помощью компьютерного моделирования. В рамках трехподрешеточной модели с конкурирующими обменными взаимодействиями проведено описание экспериментальной кривой намагничивания. Определены параметры обменных взаимодействий Gd-Mn и Mn-Mn. Предсказано, что ферромагнитное насыщение в этом образце будет достигнуто в магнитном поле 5000 кЭ. На основе проведенных нейтронографических исследований и обобщения литературных данных создана новая классификация соизмеримых магнитных структур для материалов с решеткой типа ThCr2Si2. Классификация использует симметрийный анализ на основе неприводимых представлений с двумя волновыми векторами и позволяет описать все обнаруженные соизмеримые магнитные структуры в этом классе соединений. Предсказано существование новых магнитных структур, пока еще не обнаруженных экспериментально. Симметрийный анализ позволил сделать прогноз относительно существования в ряде структур новых явлений, таких как альтермагнетизм, аномальные эффекты Холла и Нернста, поперечный пьезоэлектрический эффект.