![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
В рамках заявленного проекта будет подготовлена и опубликована обзорная статья по физическим и химическим свойствам ранее синтезированного и исследованного семейства соединений Cu3R(SeO3)2O2X, где R = Y, Bi, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Tb, Ho, Er, Yb, а Х = Cl, Br. Эти объекты формируют неколлинеарные магнитные структуры и демонстрируют метамагнитное поведение в слабых магнитных полях по аналогии с поведением недавно обнаруженного минерала францисита Cu3Bi(SeO3)2O2Cl. Францисит является одним из наиболее необычных минералов: комбинация химических элементов в нем уникальна, то есть не встречается ни в каком другом природном или искусственно созданном соединении. С точки зрения химии, франциситы представляют собой систему «гость – хозяин», поскольку ионы галогена в каналах структуры не связаны ковалентными связями ни с одним из ионов решетки. Подвижность этих ионов ограничена только одинокими парами халькогенов, направленными вглубь каналов структуры. Важно, что кристаллические структуры франциситов на основе хлора и брома отличаются при низких температурах. Из этих двух объектов, только Cu3Bi(SeO3)2O2Cl является мультиферроиком первого типа. С точки зрения физики, франциситы представляют собой фрустрированные антиферромагнетики со структурой типа решетки кагоме. Новые геометрически фрустрированные квазидвумерные магнетики представляют исключительный научный и практический интерес благодаря наличию в них множества близких по энергии квантовых основных состояний, которые предотвращают формирование «простого» дальнего магнитного порядка. Во фрустрированных структурах ближайшие антиферромагнитно упорядоченные магнитные моменты не могут одновременно минимизировать свои обменные энергии, что приводит к их подкосу. Это сопровождается формированием неколлинеарного ближнего магнитного порядка, то есть спиральных или циклоидальных структур, и, в свою очередь, появлением таких практически значимых эффектов, как мультиферроэлектричество и большой магнитоэлектрический отклик. В случае сильного ферромагнитного взаимодействия в слое и слабой межслоевой антиферромагнитной связи, основное состояние квазидвумерного антиферромагнетика может быть легко разрушено внешним магнитным полем. Это открывает возможность обратимого переключения между состояниями с «нулевой» и максимально возможной намагниченностью. Внедрение редкоземельных ионов на позиции висмута в структуре францисита приводит к существенному изменению магнитных свойств этих соединений. Взаимодействие подсистем переходных и редкоземельных металлов сопровождается спин-переориентационными переходами, изучение которых продолжается в настоящее время. Особенный интерес представляет недавно установленная немонотонная зависимость температуры магнитного упорядочения в франциситах в зависимости от радиуса редкой земли. При переходе от тяжелых редких земель к легким редким землям, в ряду от иттербия до диспрозия температура антиферромагнитного перехода резко возрастает, а в ряду от тербия до лантана она монотонно уменьшается.
As part of the announced project, a review article will be prepared and published on the physical and chemical properties of the Previously synthesized and studied cu3r(SeO3)2O2X family of compounds, where R = Y, Bi, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Tb, Ho, Er, Yb, and X = Cl, Br. These objects form non-collinear magnetic structures and exhibit metamagnetic behavior in weak magnetic fields similar to the behavior of the recently discovered francisite mineral Cu3Bi(SeO3)2O2Cl. Francisite is one of the most unusual minerals: the combination of chemical elements in it is unique, that is, it does not occur in any other natural or artificially created compound. From the point of view of chemistry, francisites are a "guest-host" system, since the halogen ions in the channels of the structure are not bound by covalent bonds to any of the lattice ions. The mobility of these ions is limited only by single pairs of chalcogenes directed deep into the channels of the structure. It is important that the crystal structure of francisite based on chlorine and bromine differ at low temperatures. Of these two objects, only Cu3Bi(SeO3)2O2Cl is a multiferroic of the first type. From the point of view of physics, francisite represent the frustrated antiferromagnets with the structure of the type lattice kagome. New geometrically frustrated quasi-two-dimensional magnets are of exceptional scientific and practical interest due to their presence of a set of close-energy quantum ground States that prevent the formation of a "simple" long-range magnetic order. In frustrated structures, the nearest antiferromagnetically ordered magnetic moments cannot simultaneously minimize their exchange energies, which leads to their undercutting. This is accompanied by the formation of a non-collinear near-magnetic order, that is, spiral or cycloidal structures, and, in turn, the appearance of such practically significant effects as multiferroelectricity and a large magnetoelectric response. In the case of a strong ferromagnetic interaction in the layer and a weak interlayer antiferromagnetic bond, the ground state of a quasi-two-dimensional antiferromagnet can be easily destroyed by an external magnetic field. This opens up the possibility of reversible switching between States with "zero" and the maximum possible magnetization.The introduction of rare earth ions in the position of bismuth in the francisite structure leads to a significant change in the magnetic properties of these compounds. The interaction of subsystems of transition and rare earth metals is accompanied by spin-reorientation transitions, which are currently being studied. Of particular interest is the recently established non-monotonic dependence of the temperature of the magnetic ordering in francisites on the radius of the rare earth. During the transition from heavy rare earths to light rare earths, in the series from ytterbium to dysprosium, the temperature of the antiferromagnetic transition increases sharply, and in the series from terbium to lanthanum, it monotonously decreases.
В рамках заявленного проекта будет подготовлена и опубликована обзорная статья по физическим и химическим свойствам ранее синтезированного и исследованного семейства соединений Cu3R(SeO3)2O2X, где R = Y, Bi, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Tb, Ho, Er, Yb, а Х = Cl, Br в журнале Успехи физических наук.
С 2014 года совместные усилия команд химического и физического факультетов МГУ, являющихся участниками проекта, привели к получению большой серии редкоземельных франциситов, их структурной характеризации, всестороннему исследованию физических свойств и регулярной публикации получаемых результатов в ведущих химических, физических, материаловедческих и минералогических журналах. За последние 5 лет нами опубликовано 7 статей по данной тематике (4 – Phys. Rev. B, 1 – JMMM, 1 – Journal of Alloys and Comp., 1 – Phys. and Chem. of Minerals). Полученные нами результаты практически cформировали мировой уровень исследований в плане изучения неколлинеарных магнитных структур и метамагнитных превращений в квазидвумерных антиферромагнетиках со структурой францисита. В плане поведения подсистемы переходного металла мы предполагали, что оно останется таким же необычным, как и в материнском соединении. В исследованном семействе проводилось сравнение свойств как при изменении редкоземельного металла, так и при замене иона галогена. Поведение редкоземельной подсистемы франциситов при низких температурах, в магнитных полях, и ее влияние на подсистему меди было трудно предсказуемо, а результаты оказались настолько яркими, что практически по каждому соединению была опубликована отдельная работа. Отметим, что соединения группы францисита имеют возможности прикладного использования, благодаря следующим факторам: - собственно метамагнетизм – эффект резкого возрастания намагниченности твердого тела, – может быть использован в устройствах спинтроники и плотной магнитной записи; - в метамагнетиках под действием внешнего поля происходит переход из состояния со слабой намагниченностью в состояние с сильной намагниченностью, что делает их перспективными материалами для контролируемого поглощения электромагнитного излучения в широком интервале частот.
Статья принята к печати в журнале Успехи физических наук 22.05.2020, объем статьи 46500 знаков, 18 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 50-ти пунктов. Статье присвоены DOI для русской версии: https://doi.org/10.3367/UFNr.2020.05.038773 для английской версии: https://doi.org/10.3367/UFNe.2020.05.038773
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 13 ноября 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Франциситы как новые геометрически фрустрированные квазидвумерные магнетики |
Результаты этапа: | ||
2 | 1 января 2020 г.-13 ноября 2020 г. | Франциситы как новые геометрически фрустрированные квазидвумерные магнетики |
Результаты этапа: |
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".