ИСТИНА

Среди большого числа низкоразмерных оксидных наноматериалов особый интерес традиционно представляют те из них, свойства которых не могут быть описаны в рамках классических моделей, применимых к твердому телу, а все еще требуют разработки новых теоретических обоснований в связи с низкой размерностью магнитных подсистем и вполне ожидаемым влиянием дисперсности (размерного фактора) на такие малоисследованные явления, как квантовая критичность. Основными объектами данного исследования будут выступать материалы с ярко выраженной микроморфологической анизометрией и, одновременно, структурной анизотропией – наностержни и нанопроволока купратов и германатов, – легированные 3d-элементами с различным спиновым числом (Mn, Fe, Co и др.). Перестройка исходных квазиодномерных магнитных подсистем материалов и формирование магнитных кластеров легирующими примесями представляют большой фундаментальный интерес для физики твердого тела, а также обладают высокой практической значимостью в связи с растущим интересом к квазиодномерным магнитным наноструктурам и их использованием как материалов с нелинейными магнитными свойствами и в спинтронике. В то же время, до сих пор не изучено систематически влияние такого важного параметра, как дисперсность, на поведение магнитных кластеров в указанных материалах, что можно связать с одним из новых проявлений размерного фактора и ожидать новых фундаментальных данных по механизмам магнитного упорядочения в материалах с сильно коррелированными низкоразмерными магнитными подсистемами. Основная причина этого – отсутствие воспроизводимых методов синтеза и, соответственно, надежных результатов, полученных не для объемных, а именно для нанокристаллических форм рассматриваемых материалов. В связи с этим, настоящий проект направлен на разработку оригинальных синтетических подходов, позволяющих получать однофазные материалы указанных классов с высоким выходом и контролируемым содержанием легирующей добавки. Кристаллическая и электронная структура, химический состав и микроморфология всех материалов будут изучены при помощи современных аналитических методов.

Найдены оптимальные условия синтеза наностержней германата меди, позволяющие синтезировать нитевидные кристаллы с высоким выводом за минимальный срок. Оптимизированы условия растворения прекурсоров в ходе предгидротермальной стадии синтеза. Изучено влияние рН водного раствора на продукт синтеза, показано, что оптимальным является нейтральное значение (6.0 – 7.5). Изучено влияние давления в реакторе и длительности гидротермального процесса. Показано, что увеличение степени заполнения ячейки, как и увеличение длительности синтеза от 24 ч до 48 ч или 96 ч приводит к небольшому увеличению форм-фактора частиц от 12.0 до 15.5. В то же время, добавление легирующих добавок (железо, марганец) может способствовать формированию друз игольчатой формы. Анализ магнитной восприимчивости наностержней германата меди показал отсутствие спин-пайерлсовского перехода в системе в диапазоне температур 4 - 100 К, что может быть обусловлено кислородной нестехиометрией образцов, обнаруженной термогравиметрически. Данный эффект будет являться предметом изучения в будущем. Разработаны оригинальные методики синтеза образцов наностержней германата меди, легированных никелем, железом, кобальтом, марганцем. Определены области существования твердых растворов. Для железа, кобальта и марганца области существования твердых растворов невелики и не превышают 5 ат.%, что в значительной степени усложняет описание структуры материалов. Для составов Cu1-xNixGeO3 область твердых растворов значительно шире и составляет около 15 ат.% Ni, что позволяет проследить изменение параметров элементарной ячейки и красный сдвиг края спектра поглощения. Состав образцов определен масспектрометрически (ICP MS). В результате выполнения проекта показано, переход от объемных монокристаллических образцов к высокодисперсным формам CuGeO3 приводит к исчезновению спин-пайерлсовского эффекта. В качестве возможных причин могут выступать два основных фактора: дефектность материала и размерный фактор. Показано, что трехмерная фононная структура материала является необходимым условием низкоразмерного магнетизма. Данный результат следует из факта вырождения спин-пайерлсовского эффекта при легировании образцов, а также при уменьшении размерности материала в кристаллографических направлениях а и b. Доказано, что характеристический размер кристаллитов в плоскости (a,b), нормальной спиновой цепи медь-кислородных фрагментов, должен составлять 100 мкм или более для возникновения спин-пайерлсовского перехода при T=14.3 К. Полученные результаты являются важным шагом на пути к пониманию природы низкоразмерного магнетизма (и спин-пайерлсовского эффекта в частности) и условий его проявления в низкоразмерных системах. Понимание данных механизмов принципиально важно для решения современных задач спинтроники.