РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им. Л. В. КИРЕНСКОГО

УТВЕРЖДАЮ

Директор Института физики

им. Л. В. Киренского СО РАН

академик

К. С. Александров ОТЧЕТ о научной и научно-организационной деятельности Института физики им. Л. В. Киренского в 1996 г.

Красноярск 1996 -2ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В течение 1996 г. Институт участвовал в выполнении четырех проектов по государственным научно-техническим программам; объем финансирования по ним составил 23.200 тыс. рублей (предполагается получение еще 5.000 тыс. руб. по окончании четвертого квартала).

Работы по фундаментальным исследованиям выполнялись также в рамках программ Российской Академии наук и Сибирского отделения РАН (общий объем финансирования по состоянию на 2.12.96 – 2.997.296 тыс. рублей), пятнадцати проектов Российского фонда фундаментальных исследований (общий объем финансирования 165.835 тыс. рублей), гранта NATO Science Programme and Cooperation Partners Linkage (US$35.000), двух грантов INTAS (US$28.000) гранта Международного центра дифракционных данных (US$1.000), гранта Volkswagen Foundation (DM7000), 14 грантов Красноярского краевого фонда науки (общая сумма – 113.530 тысяч рублей, предполагается получение еще около 35.000 тыс. руб. до конца года).

Прикладные работы выполнялись в рамках 31 хозяйственного договора на общую сумму 622.539 тыс. рублей.

В Институте работало 361 человек, в том числе 137 научных сотрудников, из них 1 академик Российской Академии Наук, 27 докторов и 76 кандидатов наук, 48 молодых ученых и специалистов (до 33 лет).

-3ГОСУДАРСТВЕННЫЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОГРАММЫ

1. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Выполнен цикл работ по влиянию эффектов сильных электронных корреляций на рентгеновские CuK- и СuL3- спектры поглощения высокотемпературных сверхпроводников. Влияние эффектов сильных электронных корреляций на рентгеновские спектры поглощения исследовалось в рамках расширенной p-d модели и приближения внезапного возмущения. Структура вакантных запороговых одноэлектронных p-состояний меди моделировалась в рамках метода ССП X-РВ. Показано, что в приближении внезапного возмущения спектры могут быть представлены в виде свертки спектров одноэлектронного поглощения на вакантные орбиты до и за порогом ионизации, и многоэлектронных переходов внутри системы валентных электронов. Это позволило, в частности, отнести основной пик CuK- спектра La2CuO4 к конфигурации Cud10L, а единственный высокоэнергетический сателлит – к конфигурации Cud9. В рамках предлагаемой модели белую линию z поляризованного CuL3- спектра формирует ведущая конфигурация, тогда как xy компоненту – первый сателлит, отстоящий на 0.1 эВ от нее. Расщепление между этими конфигурациями приводит лишь к небольшому нивелированию особенностей ближней тонкой (XANES) структуры спектра. В CuL3- спектрах соединения одна из особенностей отнесена к переходам в квазистационарные электронные состояния, возникающие за счет появления положительного барьера в потенциале Cud- состояний. Показано, что высота этого барьера зависит от степени окисления меди в ВТСП соединениях. Сравнение с экспериментальными данными показало, что основным двухдырочным состоянием допированных центров является триплет. Все полученные теоретические спектры хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Овчинников С. Г., Аврамов П. В. Проявление эффектов сильных электронных корреляций в рентгеновских и рентгеноэлектронных спектрах меди высокотемпературных сверхпроводников, ФТТ, 37, 2559 (1995).

Аврамов П. В., Овчинников С. Г. Недиаграммные переходы в поляризованных рентгеновских CuL3-спектрах поглощения ВТСП-керамик.

ФТТ (представлено в печать).

Avramov P. V., Ovchinnikov S. G., Gavrichkov V. A. and Ruzankin S. Ph. The Theory of X-ray Absorption Spectra of Strongly Correlated Copper Oxides. Submitted to Physica C.

-4ФИЗИКА КВАНТОВЫХ И ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Разработана методика и создана экспериментальная установка, позволяющая получать спектры комбинационного рассеяния пьезоэлектрических кристаллов, находящихся в условиях пьезоэлектрического резонанса (т. е. при сильных быстропеременных деформациях) при заданной фазе механического колебания.

Методика опробована на классических пьезоэлектриках – кварце и КДР. Впервые наблюдались спектры комбинационного рассеяния кристаллов в условиях отрицательной деформации. Показано, что величина и знак возникающих изменений в спектрах КР коррелируют с величиной и фазой механических деформаций образца.

Наблюдалось возгорание новых линий в спектре кварца, запрещенных правилами отбора для свободного кристалла и индуцированных сдвиговой деформацией, а также возникновение тонкой структуры в широком центральном пике кристалла КДР.

Втюрин А. Н., Шефер А. Д., Крылов А. С., Агеев А. Г. Влияние акустических волн на спектры комбинационного рассеяния пьезоэлектрических кристаллов. Известия РАН, сер. физ., № 11 (1996).

3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В рамках задания на разработку образцов нового поколения внешней памяти для персональных компьютеров разработана технология и получены опытные экземпляры многослойных магнитооптических дисков, проведены исследования их основных интегральных и локальных (степень локализации 5 мкм2) магнитных и магнитооптических характеристик. Образцы переданы в Институт автоматики и электрометрии СО РАН, (г. Новосибирск) для разработки и изготовления опытного образца магнитооптического накопителя.

-5ПРОГРАММЫ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

1. РАЗРАБОТКА ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ

ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОНИКИ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Лаборатория теоретической физики, зав. лаборатории – д.ф.-м.н. В. А. Игнатченко.

Рассмотрены упругие волны в ферромагнетике с нулевой средней магнитострикцией при произвольном угле между волновым вектором и магнитным полом. Изучены свойства дисперсионных кривых, затухание и поляризация собственных волн. Показано, что поведение дисперсионных кривых в окрестностях магнитоупругих резонансов, соответствующих поперечным и продольным фононам, имеет качественно различную зависимость от угла между магнитным полем и направлением распространения. Изучены магнитоупругие аналоги магнитооптических эффектов Фарадея и Коттона-Мутона. Показано, что из экспериментального наблюдения этих эффектов в принципе могут быть измерены параметры, характеризующие неоднородное магнитоупругое взаимодействие.

Дейч Л. И., Еременчук М. В., Игнатченко В. А. Упругие волны в случайно-неоднородных ферромагнетиках в области магнитоупругого резонанса. ЖЭТФ, 109, 1370 (1996).

Рассмотрен спектр и затухание спиновых, упругих и электромагнитных волн в стохастически модулированных сверхрешетках. Исследованы эффекты, обусловленные одно-, двух- и трехмерными неоднородностями периода сверхрешетки. Показано, что длинноволновые неоднородности могут приводить к увеличению щели в спектре на границе субзоны Бриллюэна, а коротковолновые – только к уменьшению и Исследованы магнитные состояния и фазовые переходы в слоистых треугольных антиферромагнетиках.

Показано, что квантовые эффекты меняют магнитную структуру основного состояния и вызывают последовательные фазовые переходы при увеличении магнитного поля. Установлено, что планарные структуры с различной спиновой конфигурацией реализуются вдали от поля насыщения, а непланарная Сектор теории нелинейных процессов, зав. сектором – д.ф.-м.н. А. Ф. Садреев.

После открытия в классической механике хаотического режима движения вновь разгорелась дискуссия о принципах соответствия между классической и квантовой механикой. Основная проблема заключается в том, что в случае хаотического режима движения время соответствия между квантовой и классической динамикой является чрезвычайно малым даже для квазиклассической системы. В результате проведенных исследований установлено, что решение этой проблемы может быть найдено при учете взаимодействия квантовой частицы с ее макроскопическим окружением. Сформулированы условия, при которых соответствие между квантовой и классической динамикой хаотической системы достигается на всех временах.

Еще в 1933 г. Дирак предсказал возможность существования вихрей в квантовых системах, однако впервые вихревые состояния были обнаружены при численном моделировании транспорта электронов в структуры является подавление проводимости. Нами при исследовании влияния квантовых вихрей на осцилляции Ааронова-Бома в двумерных кольцах обнаружено два эффекта: в случае, когда магнитная длина превышает ширину кольца, токовые вихри приводят к выравниванию фаз по внутренним и наружным электронным траекториям внутри кольца, и в результате осцилляции Ааронова-Бома оказываются строго периодическими; если же магнитная длина становится меньше ширины кольца, возникает переход в конвекционный режим электронного тока в кольце, и осцилляции Ааронова-Бома становятся нерегулярными.

На рисунке показано возникновение вихревой структуры потока электронов при переходе от первого режима ко второму.

Пичугин К. Н., Садреев А. Ф. Нерегулярные осцилляции Ааронова-Бома в кольцах с конечной шириной. ЖЭТФ, 109, 546, (1996).

Исследован процесс резонансного туннелирования электронов в двухбарьерной наноструктуре под действием внешнего переменного поля. Обнаружено и изучено явление расщепления резонансного пика туннелирования под влиянием внешнего поля; построены вольтамперные характеристики, как функции интенсивности и частоты внешнего поля.

Исследован процесс резонансного туннелирования электронов черед двумерное мезоскопическое кольцо, заключенное между двумя потенциальными барьерами и находящееся во внешнем переменном электромагнитном поле. Обнаружено и научено явление многократного расщепления резонансного пика туннелирования под действием переменного поля, и установлена связь этого явления с явлением квантового нелинейного резонанса для многоуровневых систем.

Рассмотрена нелинейная динамика баллистических электронов в полупроводниковых сверхрешетках с учетом коллективных эффектов. Найдены условия перехода от регулярного движения к хаотическому.

Показано, что несоизмеримость энергетического спектра квантовых систем имеет фундаментальное значение для временной эволюции волновых пакетов и приводит к эргодическим фазовым портретам наблюдаемых параметров с универсальным гауссовским распределением.

При исследовании фазовых переходов в самоорганизующихся монослоях на поверхности золота найдено соответствие между термодинамикой монослоя и моделью Изинга с конкурирующими взаимодействиями на треугольной решетке, допускающей точное решение. Получена фазовая диаграмма модели, в которой реализуются структура 2х1 и несоразмерная фаза.

Лаборатория теории твердого тела, зав. лаборатории – д.ф.-м.н. В. В. Вальков.

Развита теория температурных квантовых осцилляций намагниченности зонных носителей тока в квантующем магнитном поле в сильнокоррелированных системах с переменной валентностью. Показано, что учет s-d(f) взаимодействия между коллективизированной и локализованной подсистемами приводит к существенному увеличению числа квантовых всплесков диамагнитной восприимчивости при изменении температуры. Отмечено, что учет гибридизации через механизм внутриионных корреляций приводит к аномально сильной зависимости амплитуды эффекта де Гааза-ван Альфена и температурных квантовых осцилляций от знака константы s-d(f) обменного взаимодействия.

Для описания ориентационных фазовых переходов в аморфных магнетиках Dy-Co предложена квантовая модель, учитывающая стохастический разброс ориентаций осей одноионной анизотропии на узлах редкоземельных ионов. Соизмеримость величины эффективного поля и характерной энергии анизотропии для редкоземельной подсистемы приводит к сильным квантовым эффектам. В частности, такая соизмеримость может проявиться в существенном уменьшении намагниченности в РЗ подсистеме по сравнению со значением, получаемым при обычном феноменологическом описании. Введение стохастического ансамбля для учета случайного характера ориентаций осей анизотропии в РЗ подсистеме и усреднение по этому ансамблю позволило описать процессы намагничивания в аморфных магнетиках Dy-Co при различных соотношениях между параметрами модели.

основное состояние системы при всех электронных концентрациях является синглетным. Получено формально точное представление для массового оператора одночастичной функции Грина, учитывающего все корреляционные эффекты вне рамок обобщенного приближения Хартри-Фока. Предложена аппроксимация массового оператора (определенный вид расцепления высшей гриновской функции) и показано, что он может быть найден из решения интегрального уравнения. Обсуждается энергетическая конкуренция между синглетным и антиферромагнитным состояниями системы в пределе малых дырочных

ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА

Лаборатория резонансных свойств магнитоупорядоченных веществ, зав. лаборатории – д.ф.-м.н. Г. А. Петраковский.

Изучено влияние окислительного и восстановительного отжигов, а также легирования ионами с различной валентностью на магнитные и электрические свойства СuGеО3, Обнаружена сильная зависимость спин-пайерлсовского перехода от кислородной нестехиометрии и других дефектов кристаллической структуры, С помощью кристаллизации из аморфного состояния в восстановительной атмосфере получен образец СuGеО3 с сильной кислородной нестехиометрией, не испытывающий спин-пайерлсовского перехода.

Синтезированы монокристаллы LiCu2O2 высокого качества. Исследованы их магнитные и резонансные свойства. Частотно-полевая зависимость магнитного резонанса при Т = 4.2 K обнаруживает щелевой характер спектра магнитных возбуждений. Совокупность данных по магнитной восприимчивости и резонансу показывает, что LiCu2O2 является антиферромагнетиком с TN = 40 К.

Нейтронографическим методом изучены детали магнитной структуры и спектра магнитных возбуждений в монокристалле Bi2CuO4. Уточненная магнитная структура характеризуется наличием четырех магнитных подрешеток с углом неколлинеарности около 3o. Спектр магнитных возбуждений содержит Квантовым методом Монте-Карло в одномерной модели магнетика с четырехспиновым обменом определена область существования целевой и бесщелевой квантовой спиновой жидкости на плоскости анизотропия обмена – константа четырехспинового обмена. Вычислена величина синглет-триплетной Выращены монокристаллы -Fe2O3+Ga, легированные ионами Sm и Er. Кристаллы с Sm при Т = 130 К показывают переход в состояние с анизотропией типа "легкая ось''. При Т > 78 К фотомагнитных эффектов в выращенных кристаллах не наблюдается.

Измерена магнитная восприимчивость квазидвумерных магнетиков (СН3NН3)2CuxMn1-xBr4 (х = 1; 0,7;

0,5; 0,2; 0). Показано, что 50% замещение Сu2+ на Mn2+ не изменяет тип антиферромагнитного упорядочения, увеличивает температуру Нееля от 15,7 К при х = 1 до 17,5 К при х = 0,5. Для х = 0 не наблюдалось магнитного упорядочения до 4.2 К. Получены фазовые (Н, Т) диаграммы всех составов.

Экспериментально исследованы электрические и магнитные свойства в системе VS - MnS. В области температур 800 - 900 К обнаружены переходы металл - диэлектрик для всех исследованных составов.

Изучены особенности магнитного резонанса в зависимости от соотношения V - Mn.

Мессбауэровские исследования показали, что аморфные пленки железа, полученные ионноплазменным напылением, характеризуются конденсацией более 18% углерода на дефектах структуры. При последующей термообработке кристаллизуются почти все известные модификации карбидов железа.

Найдено точное решение для двухмагнонных связанных и волновых состояний квазиодномерного гейзенберговского магнетика конечного размера с циклическими граничными условиями. Показано, что волновые двухмагнонные состояния имеют длины волн, несоразмерные с длиной магнетика.

Лаборатория кристаллофизики, зав. лаборатории – академик К. С. Александров.

Выполнены нейтронографические исследования структуры эльпасолита Rb2KScF6 на порошковом дифрактометре (Лаборатория Леона Бриллюэна, Сакле, Франция). Методом Ритвельда уточнены структуры исходной и двух искаженных в результате сегнетоэластических фазовых переходов фаз. Выполнен сравнительный анализ механизма структурных превращений в рамках моделей смещения и порядокбеспорядок. Фазовый переход между кубической и тетрагональной фазами характеризуется как близкий к ротационному типу, в то время как для перехода в моноклинную фазу присуще более ярко выраженное упорядочение атомов фтора. Результаты анализа удовлетворительно согласуются с данными ионов в механизме перестройки структуры.

Faget H., Grannec J., Tressaud A., Rodriguez V., Roisnel T., Flerov I. N. and Gorev M. V. Neutron powder refinements of the three structural forms of Rb2KScF6. Eur. J. Solid State Inorg. Chem., 33, 893 (1996).

Получены боратные стекла с различным содержанием церия, определены концентрационные границы существования. Установлено, что максимальная концентрация церия составляет 40 %. Начаты исследования оптических и магнитооптических характеристик стекол в УФ области спектра.

Выполнены исследования неупругого рассеяния нейтронов на кристалле CsScF4. Получен фононный спектр для направлений Г-X, Г-M, Г-Z зоны Бриллюэна в интервале энергий от 2 до 25 meV. Данные будут использованы для модельных расчетов динамики решетки и природы фазовых переходов в этом кристалле.

Изучено влияние гидростатического давления и замещения иона галлия на скандий в эльпасолитах Rb2KGaxSc1-xF6 (x = 1.0 - 0.8). Установлено значительное уменьшение температуры и энтропии фазового перехода с увеличением концентрации скандия.

В системе RbxK1-xLiSO4 выращены твердые растворы составов х = 0.95, 0.89, 0.74, 0.57, 0.22, 0.125.

Основной экспериментальный результат на данном этапе: малые добавки калия и рубидия в исходные соединения резко понижают температуры фазовых переходов в самые низкосимметричные фазы, и наиболее устойчивой становится оптически одноосная фаза (Р63 или Р31с).

Отработана методика выращивания монокристаллов Cs3Bi2I9 и Cs3Sb2I9 путем предварительной очистки реактивов методами вакуумной перегонки и расплавной перекристаллизации. Висмутовый кристалл претерпевает сегнетоэлатический фазовый переход 6/mmc - 12/m1 (To = 223 K). В соединении с сурьмой В результате анализа более 700 публикаций, посвященных структурам перовскитоподобных кристаллов, ряды октаэдрических структур выстроены в одно иерархическое построение с их катион- и анион-дефицитными аналогами, и выявлены системы составов, где возможен синтез новых соединений.

Рассмотрена архитектура всего множества этих структур как систем прорастания ограниченного числа октаэдрических пакетов с разными вариантами промежуточных блоков. Результаты будут опубликованы в монографии: К. С. Александров, Б. В. Безносиков, "Перовскитоподобные кристаллы", Новосибирск: ВО По керамической технологии приготовлен ряд соединений ABi2B2O9 (A: Ba, Sr; B: Nb, Ta). С целью определения и уточнения полнопрофильным методом структуры на нейтроновском реакторе (Институт Хана Мейтнера, Берлин) выполнены эксперименты по когерентному рассеянию нейтронов на порошкообразном образце кристаллического SrBi2Ta2O9 в интервале температур, где кристалл имеет три разные фазы, одна из которых до сих пор не исследовалась. В неизвестной до сих пор фазе снят также спектр кристалла Вычислены эффективные константы взаимодействия между группами SO4 в кристалле RbLiSO4.

Лаборатория радиоспектроскопического анализа, зав. лаборатории – к.ф.-м.н. А. А. Суховский.

В группе слоистых кристаллов с общей формулой Ме3В2Х9 обнаружены последовательности фазовых переходов, включающие малоисследованный в диэлектриках случай гексагональной симметрии исходной (N) фазы и многокомпонентной модуляции в несоразмерной (INC) фазе. Особенности N-INC и INC-C перехода практически не были исследованы ни теоретически, ни экспериментально.

Подробно исследован случай Cs3Bi2I9, где фазовый переход (N-INC) фаза происходит в центре зоны Бриллюэна и возникновение несоразмерной фазы наиболее вероятно связано с градиентным взаимодействием параметра порядка и компонент тензора упругих напряжений (так называемый инвариант “типа Лифшица”). В отличие от известных ранее случаев, симметрия N фазы и средняя симметрия INC фазы различны, что должно приводить к существованию ряда особенностей в строении и физических свойствах кристалла в несоразмерной фазе.

Изучены возможности применения спектроскопии ЯМР для исследования явлений упорядочения в пористых кристаллах семейства природных цеолитов. Показано, что упорядочение у клиноптилолита и гейландита преимущественно связано с взаимодействием гость-гость, а взаимодействие гость-хозяин играет Выращены монокристаллы системы (RbxCs1-x)2ZnI4 в области малых концентраций Rb (x = 0 0.05).

Методом ЯКР исследована фазовая диаграмма, найдена область концентраций х, при которой система максимально приближена к особой точке.

Лаборатория магнитных материалов, зав. лаборатории – к.ф.-м.н. Л. Н. Безматерных.

Раствор-расплавным методом выращены монокристаллы галлий-замещенных медных ферритов (CuFe2-