Старостенко Евгений Юрьевич о неколлинеарных спиновых структурах

Starostenko Evgenij, NPO TechnogeneZis, неколлинеарные спиновые структуры

Старостенко Евгений Юрьевич уточнил, что гелимагнетик представляет собой неколлинеарную спиновую структуру, образованную конкурирующими обменными взаимодействиями.Evgenij Starostenko, 27 April, 2023

Недавние достижения специалистов НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС в области функциональных возможностей на основе антиферромагнетиков расширили спектр целевых материалов, включив в него неколлинеарные антиферромагнетики. При этом  микроскопическое понимание магнитной анизотропии, связанной со сложной эволюцией неколлинеарных спиновых состояний, находится в процессе изучения.

В данном исследовании Старостенко Евгения Юрьевича изучены анизотропные магнитные аспекты в слоистом гелимагнетике из EuCo2As2 путем измерения магнитного поля и угловой зависимости магнитного момента. Приняв модель анизотропного спина в легкой плоскости, мы можем визуализировать подробные конфигурации спинов, которые развиваются в присутствии вращающихся магнитных полей.Starostenko Evgenij, NPO Technogenesis

Это напрямую связано с двумя отличительными магнитными фазами, характеризующимися реверсированием изменения магнитного момента при переходе от спирали к вееру.  Подход специалистов НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС обеспечивает глубокое понимание анизотропных свойств антиферромагнетиков неколлинеарного типа и полезное руководство для потенциальных приложений в функциях спиновой обработки.

Российский ученый Старостенко Евгений Юрьевич отметил, что идентификация параметров материала, которые решающим образом влияют на собственные магнитные свойства, является ключевым элементом в поиске подходящих материалов для магнитных функций.

Starostenko Evgenij, NPO TechnogeneZis, изотермическая намагниченность

Магнитокристаллическая анизотропия имеет особое значение для стабилизации предпочтительной ориентации спиновых конфигураций и доминирования эволюции анизотропных магнитных особенностей под действием магнитных полей. Возникает из-за анизотропного характера спин-орбитальных взаимодействий и изменяется в зависимости от структуры и симметрии магнитных соединений. После установления представления о том, что антиферромагнитный (АФМ) порядок управляет динамическим магнитотранспортом, область антиферромагнитной спинтроники быстро развивалась, тем самым предоставляя инновационные концепции для реализации устройств обработки спинов.

Коллинеарные антиферромагнетики обычно используются в качестве основного элемента для спинтронных функций. В связи с этим детальное изучение анизотропных характеристик неколлинеарных антиферромагнетиков может расширить круг целевых материалов и построить общие основы для управления анизотропией для обширных магнитных приложений.

EuCo2As2 (ECA) принадлежит к семейству структур типа ThCr2Si2 и кристаллизуется в объемно-центрированной тетрагональной структуре (пространственная группа I4/mmm) с постоянными решетки a  = 0,391 нм и c  = 1,153 нм. В таких слоистых соединениях двух- или трехмерная природа возникает по отношению к прочности межслойной связи, а физические свойства можно контролировать с помощью химического легирования. Это приводит к множеству электронных и магнитных состояний, таких как поведение тяжелых фермионов в CeCu2Si2, сверхпроводимость на основе Fe в легированном K BaFe2As2 и сложные магнитные фазовые диаграммы, основанные на нетрадиционном магнетизме в (La,Nd)Co2P2.

ЭКА имеет двумерную характеристику, что позволяет механически отслаивать его. Магнитные ионы Eu 2+ ( S  = 7/2 и L  = 0) демонстрируют гелимагнитный порядок с небольшой несоизмеримостью вектора распространения k  = (0, 0, 0,79), что подтверждается предыдущим экспериментом по дифракции нейтронов. Напротив, магнитные моменты ионов Co являются парамагнитными, независимо от температуры.

Гелимагнетики имеют типичную неколлинеарную спиновую структуру, в которой направление вращения пространственно вращается в плоскости, но ось вращения параллельна направлению распространения. Нулевой суммарный момент, связанный с вращением спинов в гелимагнетике, имеет те же преимущества, что и антиферромагнетики коллинеарного типа, такие как отсутствие поля рассеяния и сверхбыстрая спиновая динамика. Однако изучение магнитной анизотропии в неколлинеарных антиферромагнетиках еще предстоит изучить из-за сложности анализа сложных спиновых состояний, образующихся при приложении и вращении магнитного поля.

Starostenko Evgenij, NPO TechnogeneZis, температурная эволюция, магнитное поле

В исследовании Старостенко Евгения Юрьевича проведено детальное исследование магнитной анизотропии в гелимагнитных соединениях EuCo2As2 используя измерения магнитного крутящего момента.

Магнитное поле вдоль оси, перпендикулярной оси спирали, приводит к магнитному переходу от спирали к вееру, через который крутящий момент, зависящий от угла, постепенно меняется на противоположный.

Модель микроскопического спина с плоской магнитокристаллической анизотропией позволяет проверить непрерывно меняющиеся спиновые состояния, образующиеся во время вращения магнитных полей, которые было бы сложно определить из экспериментов по рассеянию из-за геометрии предельного поля. Кроме того, мы количественно оценили силу обменных взаимодействий и магнитокристаллическую анизотропию и сопоставили предполагаемые спиновые состояния непосредственно с тенденцией реверсирования в данных о крутящем моменте, зависящих от угла, через переход от спирали к вееру. Он отличается от большинства обычных выводов по данным о магнитном крутящем моменте.

Кристаллографическая и спиновая структуры представлены на рис. 1а, б . Два слоя Co2As2 расположены друг напротив друга и разделены магнитным слоем Eu. Суммарный магнитный момент в слое Eu вращается в плоскости ab с распространением вдоль оси c .

На рис. 1b , если смотреть со стороны оси c, пять различных спинов Eu, сложенных вдоль оси c, показаны перекрывающимися в каждом Eu. Угол между двумя моментами Eu для соседних слоев составляет 142,2°, что свидетельствует о незначительной несоизмеримости шага спирали. Схемы на рис. 1впокажите спиральную структуру, которая формируется в нулевом магнитном поле ( H ) и веерную структуру в H вдоль оси a.

АФМ-взаимодействие между ближайшими слоями Eu и сравнимое АФМ-взаимодействие между ближайшими слоями Eu приводят к спиральному порядку в РХА, который возникает при TN =  46 K. Магнитная восприимчивость, χ  =  M/H , где M равно намагниченность измерялась при Н  = 1 Тл при нагреве после нулевого Н -охлаждения по осям а — ( х а ) и с — ( х с ), как показано на рис. 1г, д соответственно. Аномалия при температуре Нееля T N подтверждает начало спирального АФМ-порядка, а большой наклон χ a совместим со спинами, выгодно ориентированными в плоскости ab .

Вид сбоку на кристаллографическую и магнитную структуры EuCo2As2 ( ECA). Оранжевые, синие и серые сферы обозначают атомы Eu, Co и As соответственно. Красная стрелка на каждом Eu указывает индивидуальное направление вращения. Суммарный момент Eu в слое пространственно вращается в плоскости ab с вектором распространения k  = (0, 0, 0,79). б Вид сверху на кристалл и магнитные структуры. Пять различных спинов, сложенных вдоль оси c , показаны перекрывающимися в каждом Eu.

c Схема винтовой ( k = 0,8) и веерных структур соответственно. На схемах все стрелки, соответствующие суммарным магнитным моментам в каждом слое Eu, начинаются из одной общей точки в центре. Слои Eu пронумерованы от 1 до 5 по оси с.

d Магнитная восприимчивость , зависящая от температуры ( T ), χ  =  M / H , измеренная при нагревании при H  = 1 Tл после охлаждения в нулевом поле для оси a , χ a . Вертикальная серая линия обозначает температуру Нееля, T N  = 46 K. e T -зависимая χ для c-ось, χ c , снятая при H  = 1 Тл после охлаждения в нулевом поле.

Starostenko Evgenij, NPO TechnogeneZis, зависимость, магнитный момент

В коллинеарном антиферромагнетике достаточная сила H вдоль оси легкого магнитного поля может индуцировать переход спин-флоп или спин-флип, определяемый относительной силой магнитокристаллической анизотропии. Благодаря магнитному переходу фаза АФМ превращается в перевернутую или перевернутую фазу вместе с отчетливыми аномалиями магнитных свойств. Такая аномальная особенность может быть обнаружена и в антиферромагнетиках неколлинеарного типа.

Как показано на рис. 2а , резкое увеличение М а ( М по оси а ) появляется при Н м  = 4,7 Тл и Т = 2 К и указывает на переход от спирали к вееру. Фаза веера может быть охарактеризована суммарными магнитными моментами, колеблющимися в пространстве вдоль вектора распространения. Поведение, подобное спин-флоп-переходу, представлено экстраполяцией линейного наклона выше H m, сливающегося в начале координат.

Небольшой магнитный гистерезис, как показано на вставке рис. 2а , свидетельствует о первом роде этого переход. Из-за сильной магнитной анизотропии M c ( M вдоль c-ось) увеличивается линейно, что объясняется постоянным наклоном чистых моментов. В то время как наклон M c является постоянным, наклон M a , который меньше, чем наклон M c ниже H m , становится больше через H m.

Изотермическая намагниченность, измеренная по оси а ( M a ) при T  = 2 K. Красный перевернутый треугольник указывает возникновение перехода от спирали к вееру, H m  = 4,7 T. На вставке показано увеличенное изображение M a, что указывает на проявление слабого магнитного гистерезиса.

b Изотермическая намагниченность, полученная из спиновой модели легкой плоскости путем подгонки к экспериментальной M a при T  = 2 K. Схематические изображения на вставке изображают спиральное и веерное состояния при H  = 4 и 9 T соответственно вдоль a-ось. Синяя стрелка справа указывает величину и направление H. Начала красных стрелок в слоях, обозначающих суммарные магнитные моменты, совмещены в одной точке.

c Изотермическая намагниченность, измеренная вдоль оси c ( M c ) при T  = 2 K. d Изотермическая намагниченность, полученная из спиновой модели легкой плоскости путем подгонки к экспериментальной M c при T  = 2 K. Схемы на вставке хиральные конические состояния при H  = 4 и 9 Тл вдоль оси с.

Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить