Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системахНИР

Quant

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
14 1 января 2014 г.-1 декабря 2014 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа: Исследованы магнитные и электронные свойства новых сверхпроводников FeSe1-xTex (x=0,05, 1,0). Исследованы термодинамические и резонансные свойства новых низкоразмерных металлооксидных соединений Pb3TeCo3V2O14, Bi2Fe(SeO3)2OCl3, Nd2BaNiO5. Установлены квантовые основные состояния этих объектов. (выполнено на установке PPMS, закупленной по программе развития МГУ). Изучены проводящие свойства тонких эпитаксиальных пленок оксида цинка, выращенных на различных типах подложек. Разработана методика раздельного определения эффективных масс в подзонах размерного квантования в квантовых ямах InGaAs. Эта методика применена для определения эффективных масс электронов в таких структурах. Исследованы особенности сверхпроводящих свойств фуллеридов, синтезированных из амальгам с Bi, Sn, Ga. Исследованы термоэлектрические свойства Bi2Se3 c Tl.
15 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа: Исследована сверхпроводимость и нематичность в селениде железа. Определены термодинамические и резонансные свойства новых металлооксидных соединений: Li4NiTeO6, Cs2TiCu3F12, Rb2TiCu3F12, Na4FeSbO6, MnSb2O6 CuAl(AsO4)O, Cu5(SiO3)4(OH)2, Pb3TeCo3P2O14, Pb3TeCo3As2O14, Cs2CuAl4O8. Изучена слабая сверхпроводимость в метастабильных фазах топологических изоляторов Sb2Te3 и Bi2Te3. Исследовано влияние конструкции буфера и разориентации подложки на подвижности электронов в квантовых ямах InGaAs. Открыта и исследована высокотемпературная сверхпроводимость в новых фуллеридах RbGaxC60 и RbGaxInyC60 с орторомбической решеткой. Обнаружена фаза Берри в структурах InGaAs, легированных Mn.
16 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа:
17 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа:
18 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа:
19 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа: Аннотация В 2019 году проведены циклы исследований термодинамических, кинетических, резонансных свойств, а также с применением рассеяния мюонов в ряде металлооксидных соединений с низкоразмерными магнитными каркасами. Установлены особенности квантового основного состояния и раскрыты пути его достижения. Исследовано влияние Sb на концентрацию носителей в монокристаллах ZnO. Определены основные параметры магнитной подсистемы антимоната Na2FeSbO5 и теллуратов A2Ni2TeO6 (A = Na, Li, K) и A2MnTeO6 (A = Li, Na, Ag, Tl), установлены типы магнитного упорядочения. Исследовано влияние Cu на эффект Шубникова – де Гааза и электрофизические свойства монокристаллов р-Sb2-xCuxTe3, исследованы их термоэлектрические свойства. Установлены квантовые основные состояния в новых низкоразмерных магнетиках на основе никеля; обнаружено скошенный антиферромагнитный порядок в гидроксид-фториде меди; обнаружен ближний и дальний магнитный порядок в гидроксид-манадате лития-меди; исследована спиновая динамика и обнаружены новые фононные моды в оксолениде железа; установлено происхождение нематического порядка в сверхпроводящем селениде железа. Основная часть В 2019 году проведены циклы исследований термодинамических, кинетических, резонансных свойств, а также с применением рассеяния мюонов в ряде металлооксидных соединений с низкоразмерными магнитными каркасами. Установлены особенности квантового основного состояния и раскрыты пути его достижения. В оксоселените железа Fe2O(SeO3)2 ионы Fe3+ (S = 5/2) образуют пилообразные цепочки. При температуре ниже TC = 105 K здесь наблюдается дальний магнитный порядок. Рамановское комбинационное рассеяние позволило выявить влияние магнитной подсистемы на фононные моды. Ромбоэдрическая и кубическая фазы Yb6MoO12 и Lu6MoO12 охарактеризованы в измерениях теплоемкости и магнитной восприимчивости. Yb6MoO12 демонстрирует признаки модификации магнитной подсистемы при низких температурах. В слоистом FeSe1-xSx изучены полевые и температурные зависимости продольной и холловской компонент удельного сопротивления. Квазиклассический анализ экспериментальных данных указывает на сильное изменение концентрации электронов и дырок при изученном изовалентном замещении и четкую тенденцию к инверсии типа основного носителя. Низкотемпературная сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия использовались для визуализации вихревого ядра и вихревой решетки в монокристаллах FeSe. Слоистые дихалькогениды переходных металлов являются новым источником формирования наноструктурированных переходных металлов после термического разложения. Показана возможность применения этого процесса для формирования широкого класса наноструктурированных металлов, включая W, Re, Mo и Ta с размерами кристаллитов менее 100 нм. Наличие сильных антиферро- и ферромагнитныхмагнитных взаимодействий между и внутри цепочек, приводит к появлению щели в спектре магнитного возбуждения LiCu2(VO4)(OH)2, о чем свидетельствует широкий максимум в магнитной восприимчивости χ при T * ≈ 30 K. Корреляции ближнего порядка индуцируют появление дальнего магнитного порядка ниже TN = 10 K, который обязан заметным обменными взаимодействиями между цепочками. Это подтверждается измерениями удельной теплоемкости, магнитной восприимчивости, электронного спинового и ядерного магнитного резонанса. Уникальная кристаллическая структура гидроксилфторита меди, Cu3(OH)2F4, содержит тримеризованные цепочки плакеток CuO2F2 с соединением плакеток по ребру и через вершину. Результаты комплексного исследования этого соединения, включая новый способ синтеза, измерения удельной теплоемкости, восприимчивости на переменном и постоянном токе, намагниченности в импульсном магнитном поле, электронного спинового резонанса и мюонной спектроскопии, а также расчеты из первых принципов свидетельствуют о магнитном фазовом переходе при TC = 12.5 К в подкошенное антиферромагнитное состояние, что связано с антисимметричным обменным взаимодействием Дзялошинского-Мории. В исследованиях коэффициента Зеебека S(T) квазиодномерного соединения NbS3, а также температурной зависимости его удельной электропроводности и теплоемкости обнаружено два перехода с формированием волны зарядовой плотности при TP1 = 360 K и TP2 = 150 K. Также отрабатывались методики синтеза кристаллов халькогенидов K, Zr, Hf, Hg и некоторых других элементов в галоидных расплавах в стационарном температурном градиенте Определены основные параметры магнитной подсистемы антимоната Na2FeSbO5 и теллуратов A2Ni2TeO6 (A = Na, Li, K) и A2MnTeO6 (A = Li, Na, Ag, Tl). Установлены типы магнитного упорядочения. Определены величины эффективного магнитного момента, момента насыщения, критические температур фазовых переходов. Определены основные тепловые параметры, MSb2O6 (M=Co,Ni) и A2Ni2TeO6 (A = Na, Li) и A2MnTeO6 (A = Li, Na, Ag, Tl). Проведен анализ магнитного вклада в теплоемкость. Определены температуры Дебая и энтропия. Установлены спин-динамические характеристики теллуратов A2Ni2TeO6 (A = Na, Li, K) и A2MnTeO6 (A = Li, Na, Ag, Tl) и антимоната Na2FeSbO5. Построены магнитные фазовые диаграммы для квазидвумерных магнетиков антимонатов кобальта Li3Co2SbO6 и Na3Co2SbO6 с решеткой пчелиные соты и розиаитов с треугольной решеткой CoSb2O6 и MnSnTeO6. Исследовано влияние Sb на концентрацию носителей в монокристаллах ZnO. Монокристаллические подложки ZnO были легированы в герметичной ампуле путем отжига в парах Sb при температурах от 700 до 900 ° C для создания акцепторных центров в ZnO. Профили концентрации легирующей примеси определяли методом вторичной ионной масс-спектрометрии. Значительное различие в концентрациях легирующей примеси, а также глубины проникновения наблюдалось при различных температурах отжига. Электрические свойства образцов были изучены с помощью эффекта Холла и измерения удельного сопротивления. Валентные состояния Sb в образцах исследовали методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, чтобы доказать включение последних в матрицу ZnO до и после отжига кислорода. Объясняется эволюция концентрации носителей ZnO наряду с валентным состоянием Sb. Исследовано влияние Cu на эффект Шубникова – де Гааза и электрофизические свойства монокристаллов р-Sb2-xCuxTe3 (0≤x≤0.1). В рамках параболической модели энергетического спектра по частотам осцилляций магнетосопротивления рассчитаны концентрации дырок и энергию Ферми в Sb2-xCuxTe3. Показано, что легирование Cu дает акцепторный эффект и существенно повышает частоты осцилляций Шубникова – де Гааза. На зависимостях холловского сопротивления от магнитного поля наблюдаются плато. Зависимости сопротивления от температуры R(T) подчиняются степенному закону R(T)=Tm с показателем степени m=1,2 для не легированного образца Sb2Te3. Отклонение от m=1,5 характерного для рассеяния на фононах связано с вкладом рассеяния на ионизированных примесях. Показатель степени практически не изменяется при легировании Cu до максимальных исследованных концентраций. Исследованы термоэлектрические свойства монокристаллов Sb2-xCuxTe3. Исследованы фазовый и элементный состав и гальваномагнитные свойства в слабых магнитных полях (T=4.2–300 K, B=0.07 Тл) образцов из монокристаллического слитка теллурида свинца-олова с примесью никеля при вариации состава сплавов. Получены распределения компонентов по длине слитка. Показано, что концентрация дырок растет при увеличении содержания олова и уменьшается при увеличении температуры. Обработка этих результатов в рамках моделей Кейна и Диммока и сопоставление их с известными данными для сплавов, легированных железом, указывает на существование резонансного уровня никеля в валентной зоне. Предложены модели перестройки электронной структуры сплавов, предполагающие пиннинг уровня Ферми резонансным уровнем никеля, движение уровня относительно потолка валентной зоны и перераспределение электронов между уровнем и зоной. 1. Vasiliev A.N., Volkova O.S., Zvereva E.A., Markina M.M. Low-Dimensional Magnetism. CRC PRESS-TAYLOR & FRANCIS GROUP (6000 BROKEN SOUND PARKWAY NW,STE 300, BOCA RATON, USA, FL, 33487-2742) , ISBN 9780367255350, 2019. - 304 с. 2. 1) Taibarei Nikolai O., Kytin Vladimir G., Kupriyanov Eugenii E., Kulbachinskii Vladimir A., Makhiboroda Maksim A., Baranov Andrei N., Creation of Acceptor Centers in ZnO Single Crystals by Annealing in Sb Vapor в журнале Journal of Physical Chemistry C, издательство American Chemical Society (United States), том 123, № 34, с. 20769-20773 (2019) 3. 2) Kulbachinskii V.A., Kytin V.G., Kondratieva D.Yu, Konstantinova E.A., Pavlikov A.V., Grigoriev A.N., Mankevich A.S., Korsakov I.E., Electrical conductivity, thermoelectrical properties, and EPR spectroscopy of copper chromite ceramic samples doped with magnesium в журнале Low Temperature Physics, издательство American Institute of Physics (United States), том 45, № 2, с. 194-200 (2019) 4. 3) Ovchenkov Y.A., Chareev D.A., Kulbachinskii V.A., Kytin V.G., Mishkov S.V., Presnov D.E., Volkova O.S., Vasiliev A.N. Majority carrier type inversion in the FeSe family and a ‘doped semimetal’ scheme in iron-based superconductors, в журнале Superconductor Science and Technology, издательство Institute of Physics Publishing (United Kingdom), том 32, № 6, с. 065005 (2009) 5. 4) Das Subarna, Singha P., Deb A.K., Das S.C., Chatterjee S., Kulbachinskii V.A., Kytin V.G., Zinoviev D.A., Maslov N.V., Dhara Sandip, Bandyopadhyay S., Banerjee A. Role of graphite on the thermoelectric performance of Sb2Te3/graphite nanocomposite в журнале Journal of Applied Physics, издательство American Institute of Physics (United States), том 125, с. 195105-1-195105-8 (2009) 6. 5) 2019 Kulbachinskii V.A., Zinoviev D.A., Maslov N.V., Kytin V.G. 7. Shubnikov–de Haas Effect and Electrophysical Properties of the Topological Insulator Sb2–xCuxTe3 8. в журнале Journal of Experimental and Theoretical Physics, том 128, № 6, с. 926-931 (2019) 9. 6) Kulbachinskiia V.A., Kytin V.G., Zinoviev D.A., Maslov N.V., Singha P., Das S., Banerjee and A. 10. 2019 Thermoelectric Properties of Sb2Te3-Based Nanocomposites with Graphite в журнале Semiconductors издательство Springer, том 63, № 5, с. 638-640 (2009) 11. 7) Kulbashinskii V.A., Kytin V.G., Maslov N.V., Singha P., Das Subarna, Deb A.K., Banerjee A. 12. Thermoelectrical properties of Bi2Te3 nanocomposites в журнале Materials Today: Proceedings, издательство Elsevier B.V. (Netherlands), том 8, № 2, с. 573-581 (2019) 13. 8) Kochura A.V., Oveshnikov L.N., Kuzmenko A.P., Davydov A.B., Gavrilkin S.Yu, Zakhvalinskii V.S., Kulbachinskii V.A., Khokhlov N.A., Aronzon B.A. Vapor-Phase Synthesis and Magnetoresistance of (Cd1−xZnx)3As2 (x = 0.007) Single Crystals в журнале JETP Letters, издательство Maik Nauka/Interperiodica Publishing (Russian Federation), том 109, № 3, с. 175-179 (2019) 14. 9) Kochura A.V., Oveshnikov L.N., Kuzmenko A.P., Davydov A.B., Gavrilkin S.Yu, Zakhvalinskii V.S., Kulbachinskii V.A., Khokhlov N.A., Aronzon B.A. Vapor-phase synthesis and magnetoresistance of (Cd1−xZnx)3As2(x = 0.007) single crystals в журнале Письма в "Журнал экспериментальной и теоретической физики", том 109, № 3, с. 174-175 (2019) 15. 10) Кульбачинский В.А., Кытин В.Г., Зиновьев Д.А., Маслов Н.В., Singha P., Das S., Banerjee A. Термоэлектрические свойства нанокомпозитов Sb2Te3 c графитом, в журнале Физика и техника полупроводников, издательство Наука. С.-Петерб. отд-ние (СПб.), том 53, № 5, с. 645-647 (2019) 16. 11) Кульбачинский В.А., Кытин В.Г., Кондратьева Д.Ю., Константинова Е.А., Павликов А.В., Григорьев А.Н., Манкевич А.С., Корсаков И.Е., Электропроводность, термоэлектрические свойства и ЭПР спектроскопия керамических образцов хромита меди, легированного магнием в журнале Физика низких температур, издательство Физ.-техн. ин-т низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины (Харьков), том 45, № 2, с. 225-232 (2019) 17. 12) Кульбачинский В.А., Зиновьев Д.А., Маслов Н.В., Кытин В.Г. Эффект Шубникова – де Гааза и электрофизические свойства топологического изолятора Sb2−xCuxTe3 в журнале Журнал экспериментальной и теоретической физики, том 155, № 6, с. 1091-1097 (2019) 18. Mitroshenkov Nikolay, Novikov Vladimir, Pilipenko Kirill, Matovnikov Aleksandr, Kornev Boris, Plohih Igor, Tyablikov Alexander, Zvereva Elena, Raganyan Grigory, Shevelkov Andrei, Low-temperature thermodynamic and magnetic properties of clathrate-like arsenide Eu7Cu44As23. // J. Magn. and Magn. Materials, (2019) doi: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.166165. 19. Kuchugura Mariia D., Kurbakov Alexander I., Zvereva Elena A., Vasilchikova Tatyana M., Raganyan Grigory V., Vasiliev Alexander N., Barchuk Victor A. and Nalbandyan Vladimir B., PbMnTeO6: a chiral quasi 2D magnet with all cations in octahedral coordination and the space group problem of trigonal layered A2+M4+TeO6.// Dalton Trans., 48, 17070 (2019). DOI: 10.1039/c9dt03154e 20. Sitharaman Uma, Tatyana Vasilchikova, Alexey Sobolev, Grigory Raganyan, Aanchal Sethi, Hyun-Joo Koo, Myung-Hwan Whangbo, Igor Presniakov, Iana Glazkova, Alexander Vasiliev, Sergey Streltsov, and Elena Zvereva, Synthesis and Characterization of Sodium−Iron Antimonate Na2FeSbO5: One-Dimensional Antiferromagnetic Chain Compound with a Spin-Glass Ground State. // Inorg. Chemistry, DOI:10.1021/acs.inorgchem.9b00212 (2019). 21. Stratan Mikhail I., Shukaev Igor L., Vasilchikova Tatyana M., Vasiliev Alexander N., Korshunov Artem N., Kurbakov Alexander I., Nalbandyan Vladimir B., Elena A. Zvereva, Synthesis, structure and magnetic properties of honeycomb-layered Li3Co2SbO6 with new data on its sodium precursor, Na3Co2SbO6. // New J. Chem. 43, 13545 (2019). 22. Aksenov Sergey M., Burns Peter C., Mironov Vladimir S., Krivovichev Sergey V., Borovikova Elena Yu., Yamnova Natalia A., Volkov Anatoly S., Gurbanova Olga A., Dimitrova Olga V., Deyneko Dina V., Zvereva Elena A., Maximova Olga V., and Vasiliev Alexander N., Rb2CaCu6(PO4)4O2, A novel oxophosphate with a shchurovsyte-type topology: synthesis, structure, magnetic properties, and crystal chemistry of rubidium copper phosphates. // Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering and Materials, 75, p. 903-913 (2019) DOI: 10.1107/S2052520619008527. 23. Koshelev Anatoly, Zvereva Elena, Shvanskaya Larisa, Volkova Olga, Abdel-Hafiez Mahmoud, Gippius Andrey, Zhurenko Sergey, Tkachev Alexey, Chareev Dmitry, Büttgen Norbert, Schädler Martina, Iqbal Asif, Rahaman Badiur, Saha-Dasgupta Tanusri, and Vasiliev Alexander, Short-Range and Long-Range Order in AFM – FM Exchange Coupled Compound LiCu2(VO4)(OH)2 // J. Phys. Chemistry C 123, 29, pp.17933-17942 (2019). 24. Nalbandyan Vladimir B., Shukaev Igor L., Raganyan Grigory V., Svyazhin Artem, Vasiliev Alexander N., and Zvereva Elena A., Preparation, Crystal Chemistry, and Hidden Magnetic Order in the Family of Trigonal Layered Tellurates A2Mn(4+)TeO6 (A = Li, Na, Ag, or Tl) // Inorg. Chem. 58, 5524−5532 (2019). 25. Zvereva E. A., Vasilchikova T. M., Stratan M. I., Belik A. A.,·Vasiliev A. N., Spin Dynamics of Two‑Dimensional Triangular‑Lattice Antiferromagnet 3R‑AgFeO2 // Appl. Magn. Reson. 50, 637–648 (2019). 26. Sobolev Alexey V., Akulenko Alena A., Glazkova Iana S., Zvereva Elena A., Ovanesyan Nikolai S., Markina Maria M., Presniakov Igor A., Spin ordering and hyperfine interactions in langasite-like ferrite Ba3SbFe3Si2O14: 57Fe Mössbauer reinvestigation and ESR measurements // J. Alloys and Compounds 797, 432 - 442 (2019). 27. Danilovich Igor L., Merkulova Anna V., Morozov Igor V., Ovchenkov Evgeniy A., Spiridonov Felix M., Zvereva Elena A., Volkova Olga S., Mazurenko Vladimir V., Pchelkina Zlata V., Tsirlin Alexander A., Balz Christian, Holenstein Stefan, Luetkens Hubertus, Shakin Alexander A., Vasiliev Alexander N., Strongly canted antiferromagnetic ground state in Cu3(OH)2F4 // J. Alloys and Compounds 776, 16 – 21 (2019). 28. Kargina Yulia V., Perepukhov Aleksandr M., Kharin Aleksandr Yu., Zvereva Elena A., Koshelev Anatolii V., Zinovyev Sergei V., Maximychev Aleksandr V., Alykova Alida F., Sharonova Nina V., Zubov Vitalii P., Gulyaev Mikhail V., Pirogov Yurii A., Vasiliev Aleksandr N., Ischenko Anatolii A., and Timoshenko Viktor Yu., Silicon Nanoparticles Prepared by Plasma-Assisted Ablative Synthesis: Physical Properties and Potential Biomedical Applications // Phys. Status Solidi A, 1800897 (2019). 29. Werner J., Hergett W., Park J., Koo C., Zvereva E.A., Vasiliev A.N., Klingeler R. The decisive role of magnetic anisotropy in honeycomb layered Li3Ni2SbO6 and Na3Ni2SbO6 // J. Magn. and Magn. Materials 481, 100–103 (2019). 30. Zvereva E.A., Vasilchikova T.M., Stratan M.I., Ibragimovb S.A., Glazkova I.S., Sobolev Alex V., Vasiliev A.N., Spin-singlet quantum ground state in one-dimensional magnet vanadyl diacetate // J. Magn. and Magn. Materials 473, 236–240 (2019). 1. Skipetrov E.P., Kovalev B.B., Skipetrova L.A., Knotko A.V., Slynko V.E. Convergence of iron resonant level with heavy-hole valence band in Pb1-xSnxTe alloys. J. Alloys Compd, 2019, v.775, p.769-775. 31. 2. Скипетров Е.П., Ковалев Б.Б., Скипетрова Л.А., Кнотько А.В., Слынько В.Е. Электронная структура сплавов Pb1-x-ySnxFeyTe. ФНТ, 2019, т.45, в.2, с.233-244. 32. 3. Skipetrov E.P., Kovalev B.B., Skipetrova L.A., Knotko A.V., Slynko V.E. The electron structure of Pb1-x-ySnxFeyTe alloys. Low Temp. Phys., 2019, v.45, N2, p.201-211. 33. 4. Скипетров Е.П., Ковалев Б.Б., Скипетрова Л.А., Кнотько А.В., Слынько В.Е. Термический коэффициент движения резонансного уровня железа в сплавах Pb1-x-ySnxFeyTe. ФТП, 2019, т.53, в.11, с.1459-1466. 34. 5. Skipetrov E.P., Kovalev B.B., Skipetrova L.A., Knotko A.V., Slynko V.E. Temperature coefficient of movement of the resonance level of iron in Pb1-x-ySnxFeyTe alloys. Semiconductors, 2019, v.53, N11, p.1419-1426. Тезисы докладов: 35. Каргина Ю.В., Журенко С.В., Борунова А.Б., Дегтярев Е.Н., Перепухов А.M., Зверева Е.А., Сенников П.Г., Пирогов Ю.А., Гиппиус А.А., Тимошенко В.Ю. Кремниевые наночастицы с различным изотопным составом для биомедицинских применений // Cб. тезисов нучн. конф. «Ломоносовские чтения», Москва, издательство Физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, 2019, с.72-75. 36. Лозицкий А.А., Васильчикова Т.М., Налбандян В.Б., Шукаев И.Л., Евстигнеева М.А., Зверева Е.А., Ближний и дальний порядок в новом двумерном магнетике NaMnSbO4 с квадратной решеткой спинов // Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2019» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов. М: МАКС Пресс, 2019, c.8 37. Бухтеев К., Налбандян В., Евстигнеева М., Комлева Е., Стрельцов С., Курбаков А., Кучугура М., Зверева Е., Магнитные свойства нового кирального 2D магнетика теллурата марганца-олова // Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2019» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов. М: МАКС Пресс, 2019, c.35 Раганян Г.В., Налбандян В.Б., Евстигнеева М.А., Вавилова Е.Л., Анисимова Е.Е., Курбаков А.И., Кучугура М.Д., Зверева Е.А., Скрытый магнитный порядок в двумерных фрустрированных треугольных магнетиках A2MnTeO6 (A = Na, Li, Ag, Tl) // Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2019» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов. М: МАКС Пресс, 2019, c.656. 38. Скипетров Е.П., Хворостин А.В., Ковалев Б.Б., Богданов Е.В., Кнотько А.В., Слынько В.Е. Гальваномагнитные свойства и электронная структура сплавов Pb1-x-ySnxScyTe. Тезисы докладов XIV Российской конференции по физике полупроводников, 2019, Россия, Новосибирск, с.327. 39. Скипетров Е.П., Ковалев Б.Б., Скипетрова Л.А., Кнотько А.В., Слынько В.Е. Параметры резонансного уровня железа в сплавах Pb1-x-ySnxFeyTe. Тезисы докладов XIV Российской конференции по физике полупроводников, 2019, Россия, Новосибирск, с.328. 40. Kytin V., Duvakina A., Zinoviev D., Kupriyanov E., Korsakov I., Kulbachinskii V. Effect of magnesium doping on thermoelectric and magnetic properties of copper chromite ceramic samples в сборнике 17th European Conference on Thermoelectrics (ECT2019), 23-25 September, Limassol, Cypros, Conference Abstracts, место издания University of Cypros Cypros, тезисы, с. 227-227 (2019). 41 Kulbachinskii V.A., Ezhikov N.S., Lunin R.A., Bulychev B.M. Superconductivity in Alkali-Doped Fullerides with Wood’s metal and heterofullerides with two different alkali metals A(1)A(2)MC60 в сборнике Book of Abstract 14th International Conference "Advanced Carbon Nanostructures" - ACNS'2019, July 1-5, 2019 St. Petersburg, Russia, место издания Ioffe Physico-Technical Institute St. Petersburg, тезисы, с. 71-71 (2019). 42. Kulbachinskii V., Zinoviev D., Kytin V., Ismailov Z. Thermoelectical properties and Shubnikov – de Haas effect insingle crystals Sb2-xCuxTe3 в сборнике 17th European Conference on Thermoelectrics (ECT2019), 23-25 September, Limassol, Cypros, Conference Abstracts, место издания University of Cypros Cypros, тезисы, с. 70-70 (2019).
20 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа: 1. Новый хиральный антиферромагнетик, MnSnTeO6, был получен как путем топотактического превращения метастабильной полиморфной модификации розиаита, так и путем прямого синтеза из соосажденных гидроксидов. Его структура, статические и динамические магнитные свойства были всесторонне изучены как экспериментально (с помощью дифракции рентгеновских лучей и нейтронов на порошке, намагниченности, теплоемкости, диэлектрической проницаемости и ESR), так и теоретически (с помощью ab initio теории функционала плотности (DFT). расчетов в приближении спин-поляризованного обобщенного градиента). MnSnTeO6 изоструктурен MnSb2O6 (пространственная группа P321) и не имеет структурных переходов между 3 и 300 К. Магнитная восприимчивость и теплоемкость демонстрируют антиферромагнитное упорядочение при TN ≈ 9,8 К, что подтверждается данными низкотемпературной нейтронографии. В то же время термодинамические параметры демонстрируют дополнительную аномалию на температурных зависимостях магнитной восприимчивости χ (T), теплоемкости Cp (T) и диэлектрической проницаемости ε (T) при T * ≈ 4.9 K, которая характеризуется значительным температурным гистерезисом. Явное увеличение диэлектрической проницаемости при T *, скорее всего, отражает связь диэлектрической и магнитной подсистем, приводящую к развитию электрической поляризации. Установлено, что основное состояние MnSnTeO6 стабилизируется семью обменными параметрами, а нейтронная дифракция выявила несоразмерную магнитную структуру с вектором распространения k = (0, 0, 0,183), аналогичную MnSb2O6. Расчеты ab initio DFT показывают, что наиболее сильная обменная связь возникает между плоскостями по диагоналям. 2. Орторомбическое соединение NaMnSbO4 представляет собой квадратную сетку магнитных ионов Mn2+, находящихся в кислородных октаэдрах с общими вершинами. Его статические и динамические магнитные свойства были изучены с использованием магнитной восприимчивости, теплоемкости, намагниченности, электронного спинового резонанса (ЭПР), ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и расчетов функционала плотности. Термодинамические данные указывают на установление дальнего магнитного порядка с TN ~ 44 К, которому предшествует ближний порядок при температуре около 55 К. Кроме того, наблюдалась нетривиальная петля гистерезиса намагниченности. Основное состояние является скошенным антиферромагнетиком. Температурная зависимость магнитной восприимчивости достаточно хорошо описывается в рамках модели двумерной квадратной решетки с основным обменным параметром J = −5.3K, что хорошо согласуется с данными анализа функционала плотности, ЯМР и ЭПР. 3. Оксоселенит железа Fe2O(SeO3)2 содержит уникальные наклонные зубчатые цепочки из железных треугольников с общими вершинами. Он испытывает дальний магнитный порядок ниже TN ≈ 105 К, характеризующийся резкой дихотомией в режимах охлаждения при нулевом и полевом охлаждении (T <TN). Спин-флоп переход при низких температурах BSF = 5.5 Тл при Т = 2 К свидетельствует о преобладании антиферромагнитных взаимодействий. Мёссбауэровские спектры 57Fe при T » TN подтверждают наличие трех неэквивалентных кристаллических позиций для высокоспиновых ионов Fe3 +. Ниже TN хорошо разрешенные зеемановские спектры демонстрируют соизмеримое магнитное упорядочение в подрешетках железа. Аномально низкое значение сверхтонких полей насыщения Bhf, Fei на ядрах 57Fe обсуждается с точки зрения уменьшения спина (<ΔS> ≈ 0,31), которое является результатом спин-волновой обработки. Среднеполевой анализ температурной эволюции полей Bhf, Fei (T) позволил оценить обменные взаимодействия между различными подрешетками железа. Спиновое релаксационное поведение Fe2O(SeO3)2 в интервале температур T * <T < TN (T* ≈ 90 K), характерное для фрустрированных систем, было показано мессбауэровскими измерениями. Расчеты теории функционала плотности (DFT) позволяют получить значения параметров обмена внутри и между пилообразными цепями. 4. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование магнетизма и магнитоэлектрической связи в цепных соединениях типа говардевансит со смешанными спинами ACuFe2(VO4)3 (A = Li, Na). В то время как LiCuFe2(VO4) 3 показывает дальний магнитный порядок и индуцированное спиновым порядком сегнетоэлектричество, то есть мультиферроичность типа II, в сестринском соединении на основе натрия не наблюдается ни магнитного порядка, ни магнитоэлектрических эффектов. Примечательно, что наши исследования с помощью локальных магнитных зондов с помощью ЯМР, ЭПР и мессбауэровской спектроскопии подтверждают сходное магнитное поведение обоих соединений во временных масштабах этих экспериментов. Это подтверждается расчетами из первых принципов, которые предполагают аналогичную иерархию параметров обменного взаимодействия. Наши результаты предполагают, что отсутствие магнитоэлектрических эффектов в NaCuFe2(VO4)3, как видно из объемных измерений, является эффектом беспорядка, связанным с более низкой подвижностью ионов Na в каналах кристаллической структуры по сравнению с подвижностью ионов Li, тем самым представляя пока еще игнорируемую степень свободы для настройки мультиферроичности. 5. Методом ЯМР спектроскопии на ядрах 31P исследована геликоидальная спиновая структура бинарного магнетика FeP. Разработана феноменологическая модель фазового разделения системы FeP на зависящие от поля объемные фракции с «порошковым» и «монокристаллическим» откликом (спин-флоп фаза), хорошо описывающая экспериментальные спектры. Отчетливая 4-пиковая структура спектров ЯМР 31P монокристалла FeP, измеренных на различных частотах при 4.2К, указывает на стабилизацию соизмеримой антиферромагнитной структуры под действием внешнего магнитного поля. На угловых зависимостях расстояния пиков до Ларморовского поля наблюдаются 2 пары симметричных синусоид, сдвинутых относительно друг друга на 45◦. Т.о., экспериментально обнаружен переход от несоизмеримой к соизмеримой геликоидальной спиновой структуре FeP под воздействием внешнего магнитного поля с трансформацией угла поворота магнитного момента железа с ~36◦ до характерного значения 45◦. 6. Исследована эволюция ЯМР-спектров 57Fe, измеренных при 4.2К в мультиферроике Bi1-xLaxFeO3 с ростом замещения Bi на La, обусловленная изменением характеристик пространственной спин-модулированной структуры (ПСМС) циклоидного типа. Установлено, что при увеличении концентрации La х происходит уменьшение параметра ангармонизма ПСМС, а замещение 25% Bi на La в BiFeO3 приводит к разрушению ПСМС. 7. Проведены экспериментальное и теоретическое исследования явления вторичного ядерного спинового эха в магнитоупорядоченных веществах, в которых формирование дополнительных эхо-сигналов обусловлено эффектами динамической сверхтонкой связи. Проведено численное моделирование влияния амплитуды (ω1) и длительностей первого (t1) и второго (t2) возбуждающих импульсов на эхо-сигналы. При температуре T=4.2K экспериментально обнаружены дополнительные сигналы двухимпульсного спинового 3τ-эха от ядер железа в эпитаксиальной пленке феррит-граната иттрия, обогащенной магнитным изотопом 57Fe до 96%. Показано, что вторичное эхо демонстрирует эффект сужения спектральной линии, а амплитуда вторичного эхо пропорциональна коэффициенту усиления ЯМР в магнетиках η. В случае ЯМР ядер 57Fe в пленке железо-иттриевого граната амплитуда 3τ-эха на два-три порядка меньше, чем амплитуда основного 2τ-эха. Регистрация слабых сигналов вторичного эха оказалась возможной благодаря использованию фазо-когерентного ЯМР-спектрометра с цифровым квадратурным детектированием на несущей частоте и накоплению сигнала. 8. Разработана и успешно осуществлена глубокая модернизация имеющегося спектрометра Bruker MSL 300 путем его перевода на современную цифровую базу с заменой аналоговой обработки сигнала на цифровую при максимальном сохранении штатных радиочастотных компонентов: широкополосного 250-ваттного усилителя, РЧ-синтезатора (0 – 250) МГц и узкополосного предусилителя при полном отказе от использования штатного компьютера Aspect и штатной управляющей программы DisMSL. Изменению подвергаются устаревшие блоки формирования радиочастотных импульсов и регистрации сигнала. Это позволяет существенно повысить ремонтопригодность и надежность спектрометра и обеспечить его связь с современным компьютером. Управление модернизированным спектрометром осуществляется PC посредством современного программного обеспечения, написанного в программной среде LabView, что дает большую гибкость в настройках эксперимента и обработки его результатов. Модернизированный спектрометр демонстрирует существенно, в 1,5 раза, более высокое соотношение сигнал/шум по сравнению с оригинальным MSL-300. Сравнительные измерения отношения сигнал/шум для образцов Cu2O на ядрах 63Cu выявили повышение чувствительности новой схемы в 1,5 раза по сравнению с оригинальным ЯМР-спектрометром Bruker MSL-300. 9. Исследован эффект Шубникова-де Гааза (ШдГ) и термоэлектрические свойства в широком интервале температур монокристаллов топологического изолятора Sb2-xCuxTe3. Оказалось, что с увеличением x частота монотонно возрастает частота осцилляций ШдГ. Медь оказывается сильным акцептором. В результате легирования медбю установлено, что термоэлектрическая эффективность ZT увеличивается с увеличением содержания Cu при T = 330 K. 10. Были исследованы термоэлектрические и магнитные свойства поликристаллических керамических образцов CuCr1-xMgxO2, синтезированных специальным методом химической гомогенизации. Обнаружен антиферромагнитный переход. Температуры перехода заметно не меняются при изменении содержания Mg. Коэффициент Зеебека S увеличивается с температурой для всех концентраций магния в образцах. Коэффициент теплопроводности k всех исследованных образцов близок к теплопроводности нелегированных кристаллов CuCrO2. Удельное сопротивление исследованных образцов уменьшается на несколько порядков с увеличением содержания Mg до 3%. Температурная зависимость удельного сопротивления и коэффициента Зеебека интерпретируется прыжковой проводимостью при наличии кулоновской (параболической) щели в плотности состояний. 11. Исследованы фазовый и компонентный составы и температурные зависимости гальваномагнитных параметров сплавов Pb1-xSnxTe, легированных кобальтом. Получены распределения олова и кобальта по длине монокристаллического слитка, температурные зависимости удельного сопротивления, коэффициента Холла и подвижности носителей заряда. В рамках двухзонного закона дисперсии Кейна рассчитаны зависимости концентрации дырок и уровня Ферми при гелиевых температурах от состава сплавов и получена качественная информация о положении глубокого уровня кобальта в сплавах. Все эти результаты опубликованы следующих статьях. 1. Vorobyova A.A., Shilov A.I., Spiridonov F.M., Knotko A.V., Danilovich I.L., Vasiliev A.N., Morozov I.V., One-dimensional magnet basic copper(ii) dihydroxoborate Cu-2{BO(OH)(2)}(OH)(3): synthesis and properties, Russian Chemical Bulletin, издательство Springer Nature (Switzerland), том 69, № 4, с. 704-711 (2020). 2. Tatyana Vasilchikova, Vladimir Nalbandyan, Igor Shukaev, Hyun-Joo Koo, Myung-Hwan Whangbo, Andrey Lozitskiy, Alexander Bogaychuk, Vyacheslav Kuzmin, Murat Tagirov, Evgeniya Vavilova, Vasiliev Alexander N., Elena Zvereva, Peculiarities of magnetic ordering in the S=5/2 two-dimensional square-lattice antimonate NaMnSbO4, Physical Review B, том 101, с. 054435 (2020). 3. Shlyakhtina A.V., Avdeev M., Lyskov N.V., Abrantes J.C.C, Gomes E., Denisova K.N., Kolbanev I.V., Chernyak S.A., Volkova O.S., Vasiliev A.N., Structure, conductivity and magnetism of orthorhombic and fluorite polymorphs in MoO3–Ln2O3 (Ln = Gd, Dy, Ho) systems, Dalton Transactions, том 49, № 9, с. 2833-2842 (2020). 4. Swarnendu Chatterjee, Anton Anikin, Debjit Ghoshal, Hart James L., Yawei Lia, SaadIntikhab, Chareev D.A., Volkova O.S., Vasiliev A.N., Taherid Mitra L., Nikhil Koratkar, Goran Karapetrov, and Joshua Snyder, Nanoporous Metals from Thermal Decomposition of Transition Metal Dichalcogenides, Acta Materialia, том 184, с. 79-85 (2020 ). 5. Shvanskaya L.V., Volkova O.S., Vasiliev A.N.A review on crystal structure and properties of 3d transition metal (II) orthophosphates M3(PO4)2, Journal of Alloys and Compounds, том 835, с. 155028 (2020). 6. Danilovich I.L., Deeva E.B., Bukhteev K.Y., Vorobyova A.А., Morozov I.V., Volkova O.S., Zvereva E.A., Maximova O.V., Solovyev I.V., Nikolaev S.A., Phuyal D., Abdel-Hafiez M., Wang Y.C., Lin J-Y, Chen J.M., Gorbunov D.I., Puzniak K., Lake B., Vasiliev A.N., Co(NO3)(2) as an inverted umbrella-type chiral noncoplanar ferrimagnet, Physical Review B, издательство American Physical Society (United States), том 102 (2020). 7. Bazhenova Tamara A., Mironov Vladimir S., Yakushev Ilya A., Svetogorov Roman D., Maximova Olga V., Manakin Yuriy V., Kornev Alexey B., Vasiliev Alexander N., Yagubskii* Eduard B., End-to-End Azido-Bridged Lanthanide Chain Complexes (Dy, Er, Gd, and Y) with a Pentadentate Schiff-Base [N3O2] Ligand: Synthesis, Structure, and Magnetism, Inorganic Chemistry, том 59, с. 563-578 (2020). 8. Tupolova Yulia P., Shcherbakov Igor N., Korchagin Denis V., Tkachev Valery V., Lebedev Vladimir E., Popov Leonid D., Zakharov Konstantin V., Vasiliev Alexander N., Palii Andrew V., Aldoshin Sergey M., Fine-Tuning of Uniaxial Anisotropy and Slow Relaxation of Magnetization in the Hexacoordinate Co(II) Complexes with Acidoligands, Journal of Physical Chemistry C, том 124, № 47, с. 25957-25966 (2020). 9. Chareev D.A., Evstigneeva P., Phuyal D., Man G.J., Rensmo H., Vasiliev A.N., Abdel-Hafiez M., Growth of Transition-Metal Dichalcogenides by Solvent Evaporation Technique,Crystal Growth and Design, том 20, № 10, с. 6930-6938 (2020). 10. Zvereva E.A., Raganyan G.V., Vasilchikova T.M., Nalbandyan V.B., Gafurov D.A., Vavilova E.L., Zakharov K.V., Koo H.J., Pomjakushin V.Yu, Susloparova A.E., Kurbakov A.I., Vasiliev A.N., Whangbo M.H., Hidden magnetic order in the triangular-lattice magnet Li2MnTeO6, Physical Review B, издательство American Physical Society (United States), том 102, с. 094433 (2020). 11. Sobolev Alexey V., Aslandukova Alena A., Kozlyakova Ekaterina S., Kuznetsova Elena S., Akhrorov Ahmad Yu, Berdonosov Petr S., Glazkova Iana S., Volkova Olga S., Vasiliev Alexander N., Presniakov Igor A., Magnetic hyperfine interactions in a sawtooth chain iron oxoselenite Fe2O(SeO3)2: Experimental and theoretical Investigation, том 822, с. 153549 (2020). 12. Pokatilov V.S., Makarova A.O., Gippius A.A., Tkachev A.V., Zhurenko S.V., Bagdinova A.N., and Gervits N.E., Evolution of spatial spin-modulated structure with La doping in Bi1-yLayFeO3 multiferroics, JMMM, 517, 167341 (2020). 13. Бержанский В.Н., Гиппиус А.А., Горбованов А.И., Журенко С.В., Полулях С.Н., Вторичные сигналы ядерного спинового эха в тонких пленках железо-иттриевого феррит-граната, ЖЭТФ т.157, № 1, с. 118–125 (2020). 14. Kulbachinskii V.A., Kytin V.G., Duvakina A.V., Zinoviev D.A., Kupriyanov E.E., Korsakov I.E., Ovchenkov E.A., Kondratieva D.Yu., Effect of magnesium doping on thermoelectric and magnetic properties of copper chromite ceramic samples, Materials Today: Proceedings, издательство Elsevier B.V. (Netherlands) (2020) DOI: 10.1016/j.matpr.2020.09.163. 15. Kulbachinskii V.A., Ezhikov N.S., Lunin R.A., Bulychev B.M., Superconductivity in alkali-doped fullerides with wood's metal and heterofullerides with two different alkali metals A((1))A((2))MC(60), Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures, издательство Marcel Dekker Inc. (United States), том 28, № 3, с. 168-172 (2020). 16. Kulbachinskii V.A., Zinoviev D.A., Kytin V.G., Mikhailov M.K., Ismailov Zh T., Thermoelectical properties and Shubnikov – de Haas effect in single crystals Sb2-xCuxTe3, Materials Today: Proceedings, 2020, DOI: 10.1016/j.matpr.2020.01.514.
21 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа: Аннотация Проведены работы по изучению молекулярных магнетиков, в которых исследованы новые большие семейства металл-органических комплексов. Синтезировано семейство новых пентагонально-бипирамидальных комплексов трехвалентного эрбия с ациклическими N3O2 и проведено изучение их структуры и магнитных свойств. Дан теоретический анализ переходов с изменением спинового состояния. Проведено комплексное экспериментальное исследование квантовых основных состояний в низкоразмерных магнетиках и дан теоретический анализ магнитного поведения. Обнаружен переход из нематического в магнитное низкотемпературное квантовое основное состояние в серии соединений Fe(Se,Te). Методом ЯМР спектроскопии на ядрах 31P исследована несоразмерная геликоидальная спиновая структура бинарного гелимагнетика FeP и ее эволюция в магнитном поле, а также сверхтонкие взаимодействия Fe-P. Исследованы аномальные температурные зависимости коэффициента Холла в слабых магнитных полях в сплавах Pb1-x-ySnxScyTe p-типа. Проведены исследования термоэлектрических свойств в интервале температур 77 < T < 350K монокристаллических образцов Sb2−xCuxTe3. Синтезированы новые фуллериды с аммонием. Обнаружено, что все (NH4)3C60 фазы являются сверхпроводящими с температурами сверхпроводящего перехода около 16,4 К. В 2021 году проведены следующие работы: Цикл работ по изучению молекулярных магнетиков включает пять статей [1-5], в каждой из которых исследованы новые большие семейства металл-органических комплексов. В силу особенностей своего магнитного поведения эти материалы рассматриваются в качестве перспективных объектов спинтроники – альтернативного направления в информационных и коммуникационных технологиях. В отличие от электронных устройств, элементы спинтронных устройств не обладают заметным энергопотреблением, но отличаются повышенным быстродействием. В работе [1] исследовано семейство гидрокси-карбоксилатов редкоземельных металлов с квази-одномерной полимерной топологией и тетракластером лантанида, которое обнаруживает переключаемое супрамолекулярное расположение. В работе [2] обнаружено резкое переключение спинового состояния в комплексах трехвалентного марганца и изучено влияние замещения халькогенов на кристаллическую структуру и магнитные свойства. В работе [3] синтезировано семейство новых пентагонально-бипирамидальных комплексов трехвалентного эрбия с ациклическими N3O2 и проведено изучение их структуры и магнитных свойств. В работе [4] синтезирован новый пентагонально-бипирамидальный комплекс (Et3NH)[Er(H2DAPS)Cl2], на котором исследован электронный парамагнитный резонанс и проведен анализ кристаллического поля. В работе [5] обнаружен необычный двухступенчатый кроссовер в координационном полимере K[FeIII(5Cl-thsa)2] и проведено экспериментальное исследование с помощью измерения намагниченности, парамагнитного электронного разонанса и эффекта Мессбауэра. Дан теоретический анализ переходов с изменением спинового состояния. 1. D. Grebenyuk, M. Zobel, M. Polentarutti, L. Ungur, M. Kendin, K. Zakharov, P. Degtyarenko, A. Vasiliev, D. Tsymbarenko, A family of lanthanide hydroxo carboxylates with 1D polymeric topology and Ln4 butterfly core exhibits switchable supramolecular arrangement. Inorg. Chem. 60, 8049 – 8061 (2021). 10.1021/acs.inorgchem.1c00581 2. A.V. Tiunova, A.V. Kazakova, D.V. Korchagin, G.V. Shilov, L.V. Zorina, S.V. Simonov, K.V. Zakharov, A.N. Vasiliev, E.B. Yagubskii, Abrupt Spin-State Switching in Mn (III) Complexes with BPh4 Anion: Effect of Halide Substituents on Crystal Structure and Magnetic Properties. http://dx.doi.org/10.1002/chem.202102666 Chemistry – A European Journal 27, 1 – 12 (2021). 3. T.A. Bazhenova, V.A. Kopotkov, D.V. Korchagin, Yu.V. Manakin, L.V. Zorina, S.V. Simonov, I.A.Yakushev, V.S. Mironov, A.N. Vasiliev, O.V. Maximova, E.B.Yagubskii, A series of novel pentagonal-bipyramidal erbium (III) complexes with acyclic chelating N3O2 Schiff-base ligands: synthesis, structure and magnetism. Molecules 26, 5908 – 5928 (2021). 4. L. Spillecke, C. Koo, O. Maximova, V. Mironov, V.A. Kopotkov, D.V. Korchagin, A.N. Vasiliev, E.B. Yagubskii, R. Klingeler Magnetic behavior of the novel pentagonal-bipyramidal Erbium (III) complex (Et3NH)[Er(H2DAPS)Cl2]: high-frequency EPR study and crystal-field analysis. Dalton Trans. (2021). 10.1039/D1DT03228C 5. N. Spitsyna, M. Blagov, V. Lazarenko, R. Svetogorov, Y. Zubavichus, L. Zorina, O. Maximova, S. Yaroslavtsev, V. Rusakov, G. Raganyan, E. Yagubskii, A. Vasiliev, Peculiar spin crossover behavior in coordination polymer K[FeIII(5Cl-thsa)2]. Inorg. Chem. (2021). 10.1021/acs.inorgchem.1c01821 Цикл работ по изучению квантовых основных состояний в низкоразмерных магнетиках включает шесть статей [6–11], в каждой из которых проведено комплексное экспериментальное исследование и дан теоретический анализ магнитного поведения. Низкоразмерные магнетики представляют интерес, прежде всего, для проверки основных положений квантовой механики применительно к физике конденсированного состояния. В работе [6] синтезирован и исследован новый квази-одномерный антиферромагнетик Sr2Ni(SeO3)2Cl2 и установлено его положение на фазовой диаграмме Сакаи-Такахаши. Это материал впервые заполнил сектор XY-антиферромагнетиков на этой диаграмме. В работе [7] обнаружена спиновая жидкость в соединении Na6Cu7BiO4(PO4)4[Cl,(OH)]3, что имеет фундаментальное значение для развития данной области физики конденсированного состояния. В работе [8] предложено киральное магнитное основное состояние в GdFeTeO6 и обнаружен гигантский магнитокалорический эффект с перспективами важных практических применений. В работе [9] изучено влияние эффектов нестехиометрии на квантовое основное состояние фрустрированной системы Li0.8Ni0.6Sb0.4O2. В работе [10] решена магнитная структура соединения с пилообразной магнитной цепочкой Fe2O(SeO3)2 в измерениях намагниченности, упругого рассеяния нейтронов и эффекта Мессбауэра. В работе [11] синтезировано новое димерное соединение CdCu2(SeO3)2Cl2 и определены основные параметры электронной и спиновой подсистемы. 6.E.S. Kozlyakova, A.V. Moskin, P.S. Berdonosov, V.V. Gapontsev, S.V. Streltsov, M. Uhlarz, S. Spachmann, A. El-Ghandour, R. Klingeler, A.N. Vasiliev, Quasi-1D XY antiferromagnet Sr2Ni(SeO3)2Cl2 at Sakai-Takahashi phase diagram. Sci. Rep. 11, 15002 (2021). 10.1038/s41598-021-94390-3 7.O. Yakubovich, L. Shvanskaya, G. Kiriukhina, A. Volkov, O. Dimitrova, A. Vasiliev, Hydrothermal synthesis and a composite crystal structure of Na6Cu7BiO4(PO4)4[Cl,(OH)]3 as a candidate for quantum spin liquid. Inorg. Chem. 60, 11450 – 11457 (2021). 10.1021/acs.inorgchem.1c01459 8.E. Zvereva, T. Vasilchikova, M. Evstigneeva, A. Tyureva, V. Nalbandyan, J.N. Gonçalves, P. Barone, A. Stroppa, A. Vasiliev, Chirality and magnetocaloricity in GdFeTeO6 as compared to paramagnetic GdGaTeO6. Materials 14, 5954 – 5964 (2021). 10.3390/ma14205954 9.E. Vavilova, T. Salikhov, M. Iakovleva, T. Vasilchikova, I. Shukaev, V. Nalbandyan, A. Vasiliev, E. Zvereva, Effects of nonstoichiometry on the ground state of the frustrated system Li0.8Ni0.6Sb0.4O2. Materials 14, 6785 – 6801 (2021). 10K. Nawa, M. Avdeev, A.V. Sobolev, P.S. Berdonosov, E.S. Kozlyakova, I.V. Shchetinin, A.A. Aslandukova, I.A. Presniakov, A.N. Vasiliev, T.J. Sato, Magnetic structure of the saw-tooth chain antiferromagnet Fe2O(SeO3)2. Sci. Rep. (2021). 11.21. A.F. Murtazoev, P.S.Berdonosov, V.A.Tafeenko, V.A. Dolgikh, I.L.Danilovich, Z.V.Pchelkina, A.N.Vasiliev, Cadmium copper selenite chloride, CdCu2(SeO3)2Cl2, an insulating spin gap system. J. Sol. St. Chem. 303,122518 (2021). В работе [12] обнаружен переход из нематического в магнитное низкотемпературное квантовое основное состояние в серии соединений Fe(Se,Te). 12.Y.A. Ovchenkov, D.A. Chareev, D.E. Presnov, O.S. Volkova, A.N. Vasiliev, Crossover from nematic to magnetic low-temperature ground state in Fe(Se,Te) compounds. Supercond. Sci. Technol. (2021). 10.1088/1361-6668/ac3e55 Методом ЯМР спектроскопии на ядрах 31P исследована несоразмерная геликоидальная спиновая структура бинарного гелимагнетика FeP и ее эволюция в магнитном поле, а также сверхтонкие взаимодействия (СТВ) Fe-P. Обнаружено существование спин-реориентационного перехода в магнитной структуре FeP в диапазоне магнитных полей 4–7 Tл. Измерены спектры ЯМР 57Fe в нулевом магнитном поле в мультиферроиках Bi1-xLaxFeO3 (x = 0.015, 0.03, 0.05, 0.1 и 0.25), обогащенных изотопом 57Fe. Показано, что замещение 25% Bi на La в BiFeO3 приводит к разрушению циклоидной спиновой структуры. Эти данные отражены в публикациях, приведенных ниже: 1. Golubev A.V., Kubasov A.S., Bykov A.Yu, Zhizhin K.Yu, Kravchenko E.A., Gippius A.A., Zhurenko S.V., Semenova V.A., Korlyukov A.A., Kuznetsov N.T., Synthesis of perchlorinated sulfonium derivatives of closo-decaborate anion [2-B10Cl9SR2]− (R = i-C3H7, n-C3H7, n-C4H9, n-C8H17, n-C12H25, n-C18H37, CH2Ph, and cyclo-S(CH2)4), Inorganic Chemistry, том 60, № 12, с. 8592-8604 (2021). 2. Демихов Е.И., Протопопов А.В., Дмитриев Д.С., Багдинова А.Н., Лысенко В.В., Рыбаков А.С., Константинов М.В., Ивлев Д.А., Буякас В.И., Гиппиус А.А., Радиочастотные катушки для магнитно-резонансного микроскопа на основе безгелиевого томографа с полем 1,5 Тл, Приборы и техника эксперимента, № 1, с. 123-128 (2021). Исследованы аномальные температурные зависимости коэффициента Холла в слабых магнитных полях в сплавах Pb1-x-ySnxScyTe p-типа. В рамках закона дисперсии Диммока и Кейна рассчитаны зависимости концентрации дырок и положения уровня Ферми относительно краев энергетических зон в L-точках зоны Бриллюэна от температуры. Определены положение и термический коэффициент движения уровня Ферми, предложены диаграммы перестройки электронной структуры слабо легированных сплавов (0.07 < x < 0.18) с ростом температуры. Публикации: 1.Skipetrov E.P., Bogdanov E.V., Kovalev B.B., Skipetrova L.A., Knotko A.V., Emelyanov A.V., Taldenkov A.N., Slynko V.E.Electronic structure and unusual magnetic properties of diluted magnetic semiconductors Pb1-x-ySnxScyTe, Journal of Alloys and Compounds, том 893, с. 162330-1-162330-7 (2021). 2. Скипетров Е.П., Богданов Е.В., Скипетрова Л.А., Соловьев А.А., Кнотько А.В., Слынько В.Е., Магнитные свойства сплавов Pb1−ySсyTe, Физика и техника полупроводников, том 55, № 12, с. 1167-1175 (2021) Проведены исследования термоэлектрических свойств в интервале температур 77 < T < 350K монокристаллических образцов Sb2-xCuxTe3 (0<x<0.10), синтезированных методом Бриджмена. Оказалось, что концентрация дырок и проводимость сильно возрастают, а коэффициент Зеебека незначительно уменьшается при легировании Sb2Te3 медью. Теплопроводность образцов, легированных Cu, была несколько выше, чем у исходного Sb2Te3. В результате термоэлектрическая эффективность ZT возрастает с увеличением содержания Cu при T > 300K. Кроме этого приводятся результаты измерений квантовой подвижности дырок μq из данных по эффекту Шубникова−де Гааза как в монокристаллах Sb2-xCuxTe3 (0<x<0.10), так и в монокристаллах Sb2-x SnxTe3 (0<x<0.01); Sb2-xTlxTe3 (0<x<0.05). Измерения ЭПР показывают, что атомы меди в исследованных образцах, скорее всего, находятся в бесспиновом состоянии Cu+1. Проведен синтез фуллерида триаммония (NH4)3C60 путем ионного обмена K3C60 или Rb3C60 с NH4Cl. в абсолютном толуоле. Согласно уточнению Ритвельда рентгеновского излучения на основе синхротронного излучения дифрактограмма, (NH4)3C60 принадлежит к тому же структурному типу, что и K3C60 и Rb3C60 с ГЦК-решеткой с интеркалированными катионами, занимающими тетраэдрические и октаэдрические полости плотной упаковки, образованной сферами фуллерена С60. Окончательный состав представляет собой [(NH4)2.88K0.12]C60. В отличие от предыдущих табличных значений ионных радиусов, (NH4)3C60 кристаллическая структура характеризуется параметром решетки несколько меньшим, чем у K3C60. Похожие реакции между K4C60 и NH4Cl протекают по-разному, включая окислительно-восстановительную стадию, и дают [(NH4)0.48K2.52]C60 еще раз подчеркивая тот факт, что аммоний и калий в фазе фуллерида имеют тенденцию с образованием твердых растворов замещения. Согласно низкочастотному индуктивному методу все (NH4)3C60 фазы являются сверхпроводящими с температурами сверхпроводящего перехода около Tc 16,4 К. Эти результаты опубликованы в следующих статьях: 1. Kulbachinskii V.A., Kytin V.G., E A.Konstantinova, Charge State of Copper in Thermoelectric Sb2 – xCuxTe3, Nanobiotechnology Reports, том 16, № 330-333, с. 330-331 (2021). 2. Kulbachinskii V.A., Kytin V.G., Duvakina A.V., Zinoviev D.A., Kupriyanov E.E., Korsakov I.E., Ovchenkov E.A., Kondratieva D.Yu, Effect of magnesium doping on thermoelectric and magnetic propertiesof copper chromite ceramic samples, Materials Today: Proceedings, том 44, с. 3511-3515 (2021). 3. Singha P., Das S., Kulbachinskii V.A., Kytin V.G., Apreleva A.S., Voneshen D.J., Guidi T., Powell A.V., Chatterjee S., Deb A.K., Bandyopadhyay S., Banerjee A., Evidence of improvement in thermoelectric parameters of n-type Bi2Te3/graphite nanocomposite, том 129, с. 055108-1-055108-12 (2021). 4. Salawu Y.A., Sasaki M., Kulbachinskii V.A., Ohnishi A., Kim Heon-Jung, Evolution to an anisotropic band structure caused by Sn doping in Bi1.995Sn0.005Te3 single crystals, том 33, № 3, с. 035705-1-035705-9 (2021). 5. Kulbachinskii V.A., Zubavichus Y.V., Svetogorov R.D., Ezhikov N.S., Lunin R.A., Bulychev B.M., Preparation and superconducting behavior of triammonium fulleride, Carbon, том 182, № 9, с. 51-56 (2021). 6. Das Subarna, Singha P., Kulbachinskii V.A., Kytin V.G., Das Gangadhar, Janaky S., Deb A.K., Mukherjee S., Maignan A., Hebert S., Daou R., Narayana C., Bandyopadhyay S., Banerjee A., Sb2Te3/graphite nanocomposite: A comprehensive study of thermal conductivity, JOURNAL OF MATERIOMICS, том 7, № 3, с. 545-555 (2021).
22 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа: Проведено комплексное экспериментальное и теоретическое исследование ряда новых функциональных магнитных квантовых материалов, включая следующие материалы: 1 - Синтез, рамановское рассеяние и первопринципные расчеты магнитной структуры селената хлорида меди Cu9O2(SeO3)4Cl6. Установлены основные параметры энергетического спектра и масштабы обменных взаимодействий. 2 - Синтез, термодинамические и оптические свойства нового лангасита Pr3CrGe3Be2O14. Установлены особенности формирования сегнетоэлектрического и магнитного состояния. 3 - Синтезированы новые комплексные фосфаты хлориды меди с разупорядоченной структурой гостевых атомов и установлены их магнитные свойства. 4 - Проведено комплексное структурное и магнитное исследование и установлены базовые характеристики новых фосфатов никеля со структурой элленбергерита. 5 - Синтезированы и изучены новые теллураты никеля A2Ni2TeO6 (A = K, Li), в которых реализуется зигзагообразное магнитное упорядочение за счет взаимодействия с третьим после ближайшего магнитным соседом. 6 - Установлены параметры магнитоупругого взаимодействия и определена магнитная фазовая диаграмма францисита Cu3Bi(SeO3)2O2Cl с решеткой типа гофрированного кагоме. 7 - Обнаружено 1/3 плато намагниченности во вновь синтезированном хлориде селените меди Pb2Cu10O4(SeO3)4Cl7, обязанное формированию (Cu2+)7 кластеров из связанных по вершинам (Cu2+)4 тетраэдров. 8 - Синтез и установление базовых магнитных характеристик нового соединения K2Mn3Si7O18(H2O)2, содержащего пилообразные цепочки MnO6 в силикатной матрице. 9 - Изучено влияние магнитной анизотропии на физические свойства вновь синтезированных нитратов (NO)M(NO3)3 (M = Co, Ni) с квадратной антиферромагнитной решеткой. 10 - Обнаружено формирование изинговского магнитного порядка во вновь синтезированном нитрате дигидрате Co(NO3)22H2O и установлены его базовые термодинамические характеристики. 11 - Синтезировано новое квазиодномерное металлооксидное соединение со структурой линарита PbCu(SeO4)(OH)2, магнитные свойства которого определяются конкурирующими внутрицепочечными обменными взаимодействиями ближайших соседей и следующих за ближайшими соседями. 12 - Установлена магнитная фазовая диаграмма нового ван-дер-ваальсова антиферромагнетика TbTe3. 13 - Обнаружено анизотропное 1/3 плато намагниченности в ферримагнетике Cs2Cu3(SeO3)4·2H2O и установлена топология магнитной связи, необходимая для формирования этого плато. 14 - Исследовано сложный оксид марганца с переменной валентностью LiMn2TeO6 и установлены базовые характеристики его квантового основного состояния. Кроме того, экспериментально построена и теоретически проанализирована магнитнокристаллическая фазовая диаграмма системы твердых растворов гадолиний-иттрий. Обнаружена ярко выраженная характерная "корневая" особенность, ранее наблюдавшаяся в других тяжелых редкоземельных металлах и, по-видимому, связанная с общими свойствами электронной подсистемы этих объектов. По итогам подготовлена статья.Надежно установлена слабая аномалия теплоемкости при магнитном фазовом переходе "ферромагнетизм-антиферромагнетизм" в твердом растворе гадолиний-иттрий (65 ат.% гадолиния). Методами спектроскопии многократных андреевских отражений (IMARE) в планарных контактах на микротрещине (методика "break-junction") проведены измерения структуры микро¬скопического сверх¬проводящего параметра порядка и его вариации с температурой вплоть до критической Tc сверхпроводника (с/п) в ряде неклассических семейств на основе железа: в слабо недо¬допированных моно¬кристаллах BaFe(1.92)Ni(0.08)As2 с критической темпера¬турой Tc ~ 18 K; в системах, содержащих атомы щелочных металлов (A), таких как пниктиды LiFeAs с Tc ~ 15–17 K (семейство A-111); с/п (K,Na)Fe2Se2 с Tc ~ 20-30 K (А-122Se), EuCsFe4As4 (семейство 1144) с Tc ~ 37 K. Определены амплитуды двух (трёх для LiFeAs) объёмных с/п параметров порядка (щелей), их температурные зависимости и характеристические отношения 2Delta(0)/kTc, а также степень анизотропии. Нами показано, что щелевая структура EuCsFe4As4 схожа с таковой для с/п пниктидов BaFe(2-x)Ni(x)As2 родственного семейства 122. На андреевских контактах, созданных в железосодержащих с/п пниктидах семейства 1111, при T < Tc напрямую обнаружена тонкая структура, которая вызвана резонансным взаимодействием андреевских носителей тока со спиновыми экситонами (т.н. бозонной модой). Сравнение экспериментальных результатов IMARE спектроскопии по излучению экситонов с теоретическими расчётами Коршунова опубликованы в журнале Q1 [Materials 15, 6120 (2022); DOI: 10.3390/ma15176120]. Исследованы температурные зависимости намагниченности (2.0 < T < 300 K, B < 1 Тл) образцов из монокристаллического слитка Pb1-x-ySnxScyTe (x = 0.08, y = 0.02), синтезированного методом Бриджмена. Методами сканирующей электронной микроскопии и рентгенофлюоресцентного микроанализа показано, что все образцы не содержат заметных включений вторых фаз, а концентрации олова и скандия монотонно изменяются вдоль слитка в широких пределах (x = 0.045 – 0.175, y = 0.040 – 0.005). Во всех образцах на температурных зависимостях намагниченности M(T) наблюдаются независящий от температуры вклад, связанный в основном с диамагнетизмом кристаллической решётки, и парамагнитный рост намагниченности при T < 30 K. Показано, что наличие низкотемпературного парамагнитного вклада противоречит общепринятой модели перестройки электронной структуры сплавов Pb1-xSnxTe с примесями 3d переходных металлов при легировании и, скорее всего, связано с суперпарамагнетизмом кластеров электрически нейтральных ионов Sc2+. Кроме того, в образцах p-типа с высокими концентрациями олова (x > 0.08) при понижении температуры от комнатной до гелиевой обнаружено высокотемпературное ферромагнитное упорядочение с температурой Кюри до TC = 145-150 K. Получены зависимости концентрации магнитных центров, парамагнитной температуры Кюри-Вейсса и температуры Кюри TC от концентраций скандия и олова. При дальнейшем понижении температуры (T < 100 K) в образцах p-типа на зависимостях M(T) наблюдаются поведение намагниченности, характерное для фазы спинового стекла, и петли ферромагнитного гистерезиса на полевых зависимостях намагниченности M(B). Таким образом, при низких температурах в этих образцах наблюдаются магнитные свойства, характерные как для спиновых стекол, так и для ферромагнетиков. Предполагается, что эти экспериментальные результаты могут быть связаны с РККИ взаимодействием магнитных ионов Sc2+ через дырки тяжелой валентной зоны. В качестве основной причины этого при низких концентрациях примеси рассматривается возможность формирования кластеров ионов Sc, в которых обменное взаимодействие между ионами может существенно усиливаться в результате локального уменьшения расстояния между ними в условиях неоднородного пространственного распределения примеси скандия. В целом можно заключить, что сплавы Pb1-x-ySnxScyTe, в которых предполагалось отсутствие даже парамагнетизма Бриллюэна, обладают необычными магнитными свойствами: в зависимости от температуры и состава матрицы они могут проявлять парамагнитные, ферромагнитные и спин-стекольные свойства. Эти результаты открывают возможности эффективного управления магнитными свойствами сплавов путем изменения их состава и температуры, а также поиска новых ферромагнитных разбавленных магнитных полупроводников основе сплавов Pb1-xSnxTe с примесями 3d переходных металлов. Экспериментально исследована антистоксова фотолюминесценция в нанокристаллах перовскита бромида свинца метиламмония со средними размерами от 6 до 120 нм. Обнаружено, что нанокристаллы с наименьшими средними размерами демонстрируют наиболее эффективный антистоксовый сигнал, что объясняется ростом вероятности поглощения фононов при фотовозбуждении таких нанокристаллов. Полученные результаты могут быть полезны для применения нанокристаллических металлоорганических перовскитов в оптоэлектронных и полностью оптических твердотельных охлаждающих устройствах. Экспериментально и теоретически исследованы оптические свойства нанокомпозитных частиц, состоящих из кремниевых ядер с размерами порядка 100 нм с осажденными на их поверхности золотыми наночастицами меньших размеров. Методом конечных разностей проведены расчеты распределения электрического поля, которые показали многократный рост его напряженности вблизи нанокомпозитных частиц в световых полях, а также позволили найти вклады рассеяния и поглощения в оптические спектры экстинкции ансамблей наночастиц. Результаты теоретического анализа хорошо объясняют наблюдаемый в эксперименте усиленные сигналы гигантского комбинационного рассеяния света, а также фоторазогрев нанокомпозитных частиц при облучении светом в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, что может быть использовано при оптимизации их параметров для применения в оптической биосенсорике, антибактериальной обработке и терапии рака. Исследовано влияние структурных свойств и состава композитных наночастиц на основе кремния с примесью железа от 0,2 до 10ат% и обнаружена немонотонная зависимость эффективности их магниторелаксационных свойств он концентрации железа. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых типов контрастных агентов для магниторезонансной томографии. Исследованы температурные зависимости тепло- и электропроводности поликристаллического хромита меди, легированного магнием, синтезированного в разное время. Более длительный синтез привел к увеличению плотности материала. Основная цель – изучение влияния продолжительности синтеза на микроструктуру, фазовый состав, тепловой и электронный транспорт. Поликристаллические образцы хромита меди, легированные Mg, были синтезированы твердофазным методом из смеси CuO, Cr2O3 и MgO. Эта смесь была получена термолизом нитратов в жидкофазном растворе в NH4NO3. Реакция и подробности термолиза нитратов представлены в статье (ссылки в конце отчета). По данным рентгеноструктурного анализа полученные смеси были аморфными. Смеси отжигали при 500-600 oC для растворения остальных нитратов. Небольшие следы CuO были обнаружены с помощью рентгеновской дифракции после этого отжига. Затем смеси прессовали в таблетки и отжигали в течение 24 часов или 48 часов при 1080 oC. Существенной зависимости параметров решетки от продолжительности синтеза не наблюдается. Плотность всех образцов увеличивается с увеличением содержания Mg и продолжительности отжига. Кристаллиты в образцах с большим содержанием Mg выглядят более связанными. Доля пустого пространства уменьшается с увеличением содержания Mg при наблюдаемом увеличении плотности. Аналогичная тенденция наблюдалась и при увеличении продолжительности отжига. Доля пустого пространства в образцах, отожженных при 48 часах, меньше, чем в образцах, отожженных при 24 часах. Соединение кристаллитов лучше выглядит в образцах, отожженных при 48 часах. Для измерения теплопроводности и коэффициента Зеебека были приготовлены образцы прямоугольной формы с типичными размерами 2х2х5 мм. Проводимость измеряли 4-зондовым методом при постоянном токе. Для измерения теплопроводности один конец образца соединяли последовательно с медной проволокой известной теплопроводности и размеров. Другой конец образца подводился к тепловому контакту с нагревателем, а другой конец медной проволоки подводился к тепловому отводу. Разность температур измерялась термопарами между двумя точками на образце и двумя точками на медной проволоке, разнесенными на известное расстояние в стационарных условиях. Затем рассчитывали теплопроводность по соотношению температурных перепадов. Для образцов с содержанием Mg менее 1,3 ат. % наблюдалось повышение теплопроводности с увеличением содержания Mg. Однако теплопроводность образца с 4 ат. % Mg меньше теплопроводности образца с 1,3 ат. %. Увеличение продолжительности отжига с 24 до 48 часов приводит к снижению теплопроводности образцов с содержанием магния от 0,6 до 1,3 ат. %. Повышение проводимости на несколько порядков наблюдалось при увеличении содержания Mg с 0,3 ар. % до 4 ат. %. Энергия активации проводимости уменьшается в несколько раз при одинаковом увеличении содержания магния. Увеличение продолжительности отжига с 24 часов до 48 часов приводит к небольшому снижению проводимости при комнатной температуре и более высоких температурах. При более низких температурах проводимость образцов, отожженных в течение 48 часов, больше, чем проводимость образцов, отожженных в течение 24 часов. Повышение проводимости при содержании Mg может быть одной из причин наблюдаемых изменений плотности и микроструктуры поликристаллического керамического хромита меди (I). Повышение проводимости за счет содержания магния может привести к увеличению подвижности ионов. Это, в свою очередь, может привести к уменьшению доли пустого пространства и улучшению связи между кристаллитами. Повышение теплопроводности при увеличении содержания Mg с 0,3 до 1,3 ат. % можно объяснить улучшением связи между кристаллитами. Меньшая теплопроводность образца с 4 ат. % содержания Mg по сравнению с теплопроводностью образца с 1,3 ат. % Mg можно объяснить образованием кристаллитов MgCr2O4, действующих как эффективные рассеиватели фононов. Это говорит о более сильном эффекте рассеяния фононов этими кристаллитами по сравнению с улучшением связи между кристаллитами. Снижение теплопроводности с увеличением продолжительности синтеза находится в противоречии с наблюдаемым улучшением связи между кристаллитами. Это указывает на образование эффективных рассеивателей фононов. Этими рассеивателями могут быть мелкие кристаллиты оксидов меди и хрома, образующиеся из-за отклонения стехиометрии в смеси прекурсоров. Другими возможными источниками фононного рассеяния являются кислородные вакансии, образующиеся при отжиге в атмосфере дефицита кислорода. Наиболее вероятным механизмом транспорта электронов в поликристаллическом хромите меди (I) является термически активированные прыжки дырок. Величина прыжковой проводимости существенно определяется энергетической зависимостью плотности локализованных состояний и величиной плотности состояний вблизи энергии Ферми. Плотность локализованных состояний зависит, в частности, от энергетического беспорядка, возникающего из-за случайно распределенных заряженных дефектов и их комплексов. Изменение проводимости при отжиге от 24 часов до 48 часов можно объяснить образованием кислородных вакансий. Полученные результаты также показывают относительно небольшой вклад контактов между кристаллитами в удельное сопротивление материала. Относительно небольшое изменение проводимости с увеличением времени отжига при заметном снижении теплопроводности может быть полезным для улучшения термоэлектрических свойств поликристаллического хромита меди (I) и других материалов, синтезированных аналогичным образом. Были проведены теоретические расчёты электронных кинетических характеристик полупроводниковых соединений элементов III и V групп таблицы Менделеева с учётом многозонной структуры их электронного энергетического спектра и фононного и примесного рассеяния носителей заряда. Особое внимание было уделено исследованию среднего диапазона температур, в котором важную роль играет биполярная проводимость. Также исследовались монокристаллические образцы p-типа теллурида сурьмы – Sb2Te3, легированные медью, выращенные методом Бриджмена из поликристаллических материалов. Сначала мы синтезировали поликристаллические образцы из 99,999% чистых элементов в стехиометрическом соотношении в кварцевой ампуле. В стехиометрический поликристалл для легирования добавлялась медь, чтобы впоследствии образцы образцы имели состав Sb2-xCuxTe3 (x=0; 0.01; 0.07; 0.10). После приготовления поликристалла необходимого состава выращивались монокристаллы. Выращенные монокристаллы освобождались из кварцевой ампулы и кололись в жидком азоте перпендикулярно оси С3, которая после выращивания всегда была перпендикулярна продольной оси слитка. Образцы для измерений в форме параллелепипеда со средними размерами 1  1  5 мм3 с длинной осью, направленной вдоль оси C2, были вырезаны с помощью электроэрозионного метода. Токовые и потенциальные выводы к образцу делались из медной проволоки диаметром 30 мкм, в качестве припоя использовался сплав Bi + 4% Sb. Исследовались монокристаллические образцы p-типа теллурида сурьмы, легированного медью. Измерения электронного парамагнитного резонанса были проведены для получения информации о зарядовом состоянии атомов Cu в Sb2-xCuxTe3. Как правило, медь может находиться в состоянии Cu+1 или Cu+2 в химических соединениях. Ионы Cu+1 имеют нулевой спин, в то время как ионы Cu+2 имеют спин 1/2 и соответствующий магнитный момент. Для измерений ЭПР были подготовлены образцы с площадью около 4 мм2 и толщиной около 0,1 мм. Измерения ЭПР проводились с использованием спектрометра Bruecker E500 X-диапазона. Микроволновая частота была близка к 9 ГГц. При такой частоте глубина скин-слоя близка к 2 мкм для кристаллов с 2 ат.% Cu, что превышает толщину чешуек, приготовленных для измерения ЭПР. Для получения спектров ЭПР 5 образцов с различным содержанием меди с описанными выше размерами были вставлены в резонатор спектрометра. Сигнал не был обнаружен для всех исследованных образцов. Общий объем, который может вносить вклад в сигнал ЭПР, близок к 0,07 мм3 для образца с содержанием 10% Cu, при условии, что микроволновое излучение проникает в каждый образец с обеих сторон. Для образца с 2 ат. % Cu в этом объеме содержится около 1.7.1018 ионов меди. Чувствительность используемого спектрометра ЭПР составляет 1011 спин/гаусс. Это означает, что либо доля ионов Cu+2 очень мала, либо релаксация спина ионов Cu+2 происходит нереально быстро. Даже если ширина линии ЭПР составляет 1000 Гаусс, тогда доля ионов Cu+2 составляет менее 0,01%. Таким образом, атомы меди в исследованных образцах Sb2-xCuxTe3 (x=0; 0.01; 0.07; 0.10) наиболее вероятно находятся в бесспиновом состоянии Cu+1. Исследовали также термоэлектрические свойства монокристаллов Sb2-xCuxTe3 (x=0; 0.01; 0.07; 0.10). На рис. 1а приведены температурные зависимости коэффициента Зеебека S для монокристаллов образцов Sb2-xCuxTe3. Коэффициент Зеебека S положительный, поскольку кристаллы имеют проводимость p-типа. Видно, что с понижением температуры значение S уменьшается. Наибольшее значение S выше комнатной температуры. С увеличением легирования медью коэффициент Зеебека уменьшается во всем интервале температур. График температурной зависимости теплопроводности k (рис. 1б) показывает, что при легировании Cu теплопроводность k вблизи комнатной температуры практически не изменяется в Sb2-xCuxTe3 вплоть до x = 0,07. При снижении температуры ниже 150 K значение k становится даже меньше, чем в нелегированном образце. Такое поведение объясняется тем, что рассеяние фононов на примесях (с одной стороны) уже играет важную роль в этом легированном медью образце при низких температурах, что снижает теплопроводность решетки. С другой стороны, концентрация носителей заряда увеличивается, что вносит больший вклад в электронную теплопроводность. Эти два процесса приводят к такой зависимости k(T). С увеличением легирования до x = 0.10 концентрация носителей заряда становится большой, и электронная роль играет существенную роль в теплопроводности, что приводит к увеличению значения k в образце с x = 0.10. При измерениях учитывался эффект Пельтье, который возникает в термоэлектрических материалах при прохождении тока и изменении кажущегося сопротивления. Графики показывают, что, во-первых, проводимость сильно возрастает при легировании, и, во-вторых, с понижением температуры проводимость увеличивается во всех образцах. Металлический тип зависимости проводимости от Т связан с высокой концентрацией дырок и вырождением энергетического спектра. Значения ZT увеличиваются с температурой, достигая примерно 0,22 при T = 325 K в чистом Sb2Te3. Легирование медью приводит к увеличению ZT при температуре 330 K до 0,24 при x = 0,07. Если вспомнить, что ZT = S2T/k, становится ясно, что причина увеличения термоэлектрической эффективности заключается в сильном увеличении проводимости с небольшим уменьшением термоЭДС S и относительно незначительным увеличением теплопроводности k (см. рис. 2б) при x <0,07. Список публикаций 1.K. Denisova, P. Lemmens, D. Wulferding, P. Berdonosov, V. Dolgikh, A. Murtazoev, E. Kozlyakova, O. Maximova, I. Shchetinin, F. Dolgushin, A. Iqbal, B. Rahaman, T. Saha-Dasgupta, A. Vasiliev, Cu9O2(SeO3)4Cl6 revisited: crystal structure, Raman scattering and first-principles calculations. J. Alloys Compd. 894, 162291 (2022). 10.1016/j.jallcom.2021.162291 Q1 2.M.M. Markina, B.V. Mill, K.V. Zakharov, G. Pristas, M. Marcin, S.A. Klimin, M.N. Popova, A.N. Vasiliev, Thermodynamic and optical properties of new langasite Pr3CrGe3Be2O14. J. Alloys Compd. (2021). 10.1016/j.jallcom.2021.162766 Q1 3.G.V. Kiriukhina, O.V. Yakubovich, L.V. Shvanskaya, A.S. Volkov, O.V. Dimitrova, I.N. Dovgaliuk, S.V. Simonov, A.N. Vasiliev, Novel complex copper phosphate chlorides with disordered guest structures: crystal chemistry and magnetic properties. Materials 15, 1411 – 1420 (2022). 10.3390/ma15041411 Q1 4.L.V. Shvanskaya, O.V. Yakubovich, P. Krikunova, G. Kiriukhina, A.S. Volkov, O.V. Dimitrova, O.S. Volkova, A.N. Vasiliev, On the ellenbergerite-type nickel phosphates - crystal structures and magnetic properties. Inorg. Chem. 61(12), 4879 – 48 86 (2022). 10.1021/acs.inorgchem.1c03597 Q1 5.T.M. Vasilchikova, A.N. Vasiliev, M.A. Evstigneeva, V.B. Nalbandyan, H.-J. Koo, M.-H. Whangbo, Magnetic properties of A2Ni2TeO6 (A = K, Li): Zigzag order in the honeycomb layers of Ni2+ ions induced by third nearest-neighbor spin exchange. Materials 15, 2563 – 2576 (2022). 10.3390/ma15072563 Q1 6.S. Spachmann, P.S. Berdonosov, M.M. Markina, A.N. Vasiliev, R. Klingeler, Linear magnetoelastic coupling and phase diagram of the buckled-kagome antiferromagnet Cu3Bi(SeO3)2O2Cl. Sci. Rep. 12, 7383 (2022). Q1 7.A.N. Vasiliev, P.S. Berdonosov, E.S. Kozlyakova, O.V. Maximova, A.F. Murtazoev, V.A. Dolgikh, K.A. Lyssenko, Z.V. Pchelkina, D.I. Gorbunov, S.-H. Chung, H.-J. Koo and M.-H. Whangbo, Observation of a 1/3 magnetization plateau in Pb2Cu10O4(SeO3)4Cl7 arising from (Cu2+)7 clusters of corner-sharing (Cu2+)4 tetrahedra. Dalton Trans. 51, 15017 - 15021 (2022). 10.1039/D2DT02316D Q1 8.O.V. Yakubovich, L.V. Shvanskaya, G.V. Kiriukhina, O.V. Dimitrova, A.S. Volkov, O.S. Volkova, A.N. Vasiliev, Sawtooth chains self-assembled by clusters of MnO6 octahedra within the silicate framework of K2Mn3Si7O18(H2O)2. Crystengcomm 24, 6964 (2022). DOI: 10.1039/d2ce00922f Q1 9.A. Vorobyova, I. Danilovich, I. Morozov, Y. Ovchenkov, A. Vasiliev, O. Volkova, A. Iqbal, B. Rahaman, T. Saha-Dasgupta, Square lattice antiferromagnets (NO)M(NO3)3 (M = Co, Ni): effects of anisotropy. Journal of Alloys and Compounds 929, 167197 (2022). Q1 doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167197 10.A.A. Vorobyova, I.L. Danilovich, I.V. Morozov, A.N. Vasiliev, O.S. Volkova, A. Iqbal, B. Rahaman, T. Saha-Dasgupta, Ising-like magnetism in quasi-two-dimensional Co(NO3)22H2O. Materials 15, 7066 (2022). 10.3390/ma15207066 11.M.M. Markina, K.V. Zakharov, Y.A. Ovchenkov, G.A. Pashkov, K.A. Lyssenko, P.S. Berdonosov, Z.V. Pchelkina, A.N. Vasiliev, Quasi-one-dimensional linarite-type PbCu(SeO4)(OH)2 with competing nearest-neighbor and next-nearest-neighbor intrachain exchange interactions. Materials 15(21) 7860 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15217860 (2022). Q1 12.O.S. Volkova, A. Hadj-Azzem, G. Remenyi, J.E. Lorenzo, P. Monceau, A.A. Sinchenko, A.N. Vasiliev, Magnetic phase diagram of van der Waals antiferromagnet TbTe3. Materials (2022). 13.A. Moskin, E. Kozlyakova, L. Shvanskaya, D. Chareev, H.-J. Koo, M.-H. Whangbo, A. Vasiliev, Highly Anisotropic 1/3-Magnetization Plateau in a Ferrimagnet Cs2Cu3(SeO3)4·2H2O: Topology of Magnetic Bonding Necessary for Magnetization Plateau. Dalton Trans. (2022). Q1 14.T.M. Vasilchikova, E.L. Vavilova, T.M. Salikhov, V.B. Nalbandyan, S. Dengre, R. Sarkar, H.-H. Klauss, A.N. Vasiliev, Peculiar case of mixed-valence manganese tellurate LiMn2TeO6. Materials (2022). Q1 15.A.V. Tiunova, A.V. Kazakova, D.V. Korchagin, G.V. Shilov, K.V. Zakharov, A.N. Vasiliev, E.B. Yagubskii, Effect of Fluorine Substituents on Crystal Structure and Spin Crossover Behavior of Cation [MnIII(3,5-diHal-sal2323)]+ Complexes Family with BPh4 Anion. New J Chem DOI: 10.1039/D2NJ02872G (2022). Q2 16.C.W. Cho, C.Y. Ng, A.N. Vasiliev, D.A. Chareev, M. Abdel-Hafiez, A.G. Lebed, R. Lortz, Competition between orbital effects, Pauli limiting, and Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov states in 2D transition metal dichalcogenide superconductors. New J Phys 24, 083001 (2022). DOI: 10.1088/1367-2630/ac8114 Q2 17.B. Liu, Z. Zeng, A. Xu, Y. Sun, O. Yakubovich, L. Shvanskaya, S. Li, A. Vasiliev, Low-temperature specific-heat studies on two square-kagome antiferromagnets. Phys. Rev. B 105, 155153 (2022). Q2 18.Y.A. Ovchenkov, D.A. Chareev, D.E. Presnov, O.S. Volkova, A.N. Vasiliev, Crossover from nematic to magnetic low-temperature ground state in Fe(Se,Te) compounds. Supercond. Sci. Technol. 35, 015011 (2022). 10.1088/1361-6668/ac3e55 Q2 – 3.219 19.A. Ghosh, D. Singh, Q. Mu, Y. Kvashnin, G. Haider, M. Jonak, D. Chareev, T. Aramaki, S.A. Medvedev, R. Klingeler, M. Mito, E.H. Abdul-Hafidh, J. Vejpravova, M. Kalbac, R. Ahuja, O. Eriksson, M. Abdel-Hafiez. Exotic magnetic and electronic properties of layered CrI3 single crystals under high pressure, Phys. Rev. B 105, L081104 (2022). Q2 20.A.I. Kurbakov, A.E. Susloparova, V.Y. Pomjakushin, E.L. Vavilova, Y. Scourski, G.V. Raganyan, T.M. Vasilchikova, A.N. Vasiliev, Magnetic Order in Triangular Layered Magnet Na2MnTeO6. Phys. Rev. B 105, 064416 (2022). Q2 21. Taibarei N.O., Kytin V.G., Konstantinova E.A., Kulbachinskii V.A., Shalygina O.A., Pavlikov A. V., Savilov S.V., Tafeenko V.A., Mukhanov V.A., Solozhenko V.L., Baranov A.N., Doping Nature of Group V Elements in ZnO Single Crystals Grown from Melts at High Pressure, Crystal Growth and Design, , том 22, № 4, с. 2452-2461 (2022). 22. Kytin V.G., Duvakina A.V., Konstantinova E.A., Ovchenkov E.A., Korsakov I.E., Kupriianov E.E., Kulbachinskii V.A., EPR Spectroscopy of Polycrystal Magnesium-Doped Copper(I) Chromite Samples, Russian Journal of Physical Chemistry B, том 16, № 3, с. 421-425 (2022). 23. Kulbachinskii V.A., Kytin V.G., Korsakov I.E., Kupriyanov E.E., Ismailov Zh T., Effect of synthesis duration on heat and charge transport in polycrystalline CuCr1-xMgxO2, Bulletin of the Karaganda University. Physics Series, том 107, № 3, с. 6-11 (2022). 24. Singha P., Das Subarna, Kulbashinskii V.A., Kytin V.G., Chakravarty Sujay, Deb A.K., Bandyopadhyay S., Banerjee A., Enhancement of electron mobility and thermoelectric power factor of cobalt-doped n-type Bi2Te3, International Journal of Energy Research, , том 46, с. 17029-17042 (2022) 25. Kul’bachinskii V.A., Kytin V.G., Apreleva A.S., Konstantinova E.A., Thermoelectric Figure of Merit and Quantum Mobility of Holes in Copper-Doped Antimony-Telluride Single Crystals, Semiconductors, том 56, № 2, с. 78-84 (2022). 26. Кытин В.Г., Дувакина А.В., Константинова Е.А., Овченков Е.А., Корсаков И.Е., Куприянов Е.Е., Кульбачинский В.А., Спектроскопия ЭПР поликристаллических образцов хромита меди (I), легированного магнием, Химическая физика, том 41, № 6, с. 30-34 (2022). 27. Корнилова А.В., Икрамова С.Б., Мусаева Д.У., Сюй А.В., Тимошенко В.Ю. «Оптические свойства и фоторазогрев водных суспензий нанокомпозитных частиц на основе кремния с осажденным золотом». Оптика и спектроскопия, 2022, том 130, вып. 4, с.569-573. 28. Sekerbayev K., Taurbayev Y., Mussabek G., Baktygerey S., Pokryshkin N.S., Yakunin V.G., Utegulov Z., Timoshenko V.Yu. "Size-Dependent Phonon-Assisted Anti-Stokes Photoluminescence in Nanocrystals of Organometal Perovskites". Nanomaterials, Vol.12, No.18, Art.3184 (2022). 29. Eremina A.S., Kargina Y.V., Kharin A.Y., Petukhov D.I., Timoshenko V.Yu. «Mesoporous silicon nanoparticles covered with PEG molecules by mechanical grinding in aqueous suspensions», Microporous and Mesoporous Materials 331, 111641 (2022). 30. Fronya A.A., Antonenko S.V., Karpov N.V., Pokryshkin N.S., Eremina A.S., Yakunin V.G., Kharin A.Yu., Syuy A.V., Volkov V. S., Dombrovska Y., Garmash A.A., Kargin N.I., Klimentov S.M., Timoshenko V.Yu., Kabashin A.V. «Germanium Nanoparticles Prepared by Laser Ablation in Low Pressure Helium and Nitrogen Atmosphere for Biophotonic Applications», Materials, 15 (15), 5308 (2022). 31. Ikramova S.B., Utegulov Z.N., Dikhanbayev K.K., Gaipov A.E., Nemkayeva R.R., Yakunin V.G., Savinov V. P., Timoshenko V.Yu. «Surface-Enhanced Raman Scattering from Dye Molecules in Silicon Nanowire Structures Decorated by Gold Nanoparticles», Int. J. Mol. Sci. 23 (5), 2590 (2022). 32. Kargina Y.V., Sobolev A.V., Kozlyakova E.S., Vasiliev A.N., Kharin A.Y., Sharonova N.V., Perepukhov A.M., Stavitskaya A.V., Ischenko A.A., Timoshenko V. Yu. «Composite silicon-iron nanoparticles: physical properties and potential application in MRI contrasting». J. Nanopart. Research 24 (6), 1-13 (2022).
23 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа: Синтезирован и исследован целый ряд новых магнитных соединений. Показана возможность установления дальнего магнитного порядка двумерного изинговского объекта на квадратной решетке. Исследованы термоэлектрические свойства монокристаллических образцов твердых растворов висмут-мышьяк-теллур и поликристаллического хромита меди (I), легированного магнием. С помощью ЯМР спектроскопии исследован мультиферроик BiFeO3. Проведено исследование интерметаллического сверхпроводника Mo8Ga41 методом ЯМР и ЯКР спектроскопии на ядрах 69,71Ga с целью получения информации на микроскопическом уровне о его сверхпроводящих и нормальных свойствах. Проводились исследования свойств различных квази-двойных фаз железных сверхпроводников на основе железа из семейства составов на основе FeSe. Были аттестованы серии соединений Fe(SeTeS) с содержанием Te около 25-30 % и содержанием серы от 0.5 до 5 %. Исследованы полевые зависимости намагниченности образцов монокристаллов Pb1-x-ySnxScyTe. Исследованы термоэлектрические свойства поликристаллического хромита меди (I), легированного магнием. Исследованы термоэлектрические свойства монокристаллических образцов твердых растворов висмут-мышьяк-теллур. Исследованы оптические свойства и фотоиндуцированные эффекты в перовскитных нанокристаллах CsPbBr3. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) изучен фотоиндуцированный импульсный нагрев суспензии наночастиц (НЧ) кремния при возбуждении непрерывным и импульсным наносекундным лазерным излучением. Методами спектроскопии некогерентных многократных андреевских отражений в планарных контактах на микротрещине (методика "break-junction") проведены измерения структуры микро¬скопического сверх¬проводящего параметра порядка и его вариации с температурой вплоть до критической Tc сверхпроводника (с/п) в ряде неклассических с/п семейств на основе железа.
24 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа:
25 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Краткий аанотационный отчет Annot-otchet_kulb.doc 45,0 КБ 11 декабря 2015 [Kulbachinskii]