«Квантовая физика конденсированных сред Программа фундаментальных исследований Президиума РАН Сборник результатов, полученных в 2009 г. АНДРЕЕВ Александр Федорович, вице-президент Российской Председатель академии наук, ...»

1. V.V. Kapaev, Yu.V. Kopaev, V.I. Belyavsky. Insulating in-plane modulation induced superconductivity of heterostructures. Phys. Lett. A 372, Issue 44, 6687-6689 (2008).

2. В.И. Белявский, Ю.В. Копаев, Nguyen Ngoc Tuan, Tran Van Luong. Топология сверхпроводящего порядка при спаривающем отталкивании. ЖЭТФ 135, N2, 340- (2009).

3. V.I.Belyavsky, Yu.V.Kopaev, Pair-density-wave pseudogap and superconducting states in cuprates, Phys. Lett. A 372, Issue 8, 3501-3505 (2009).

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.3. Антиферромагнитное спиновое упорядочение в слоистых органических и неорганических полупроводниковых соединения.

Участники проекта: Корнилов А.В., Герасименко Я.А., Прудкогляд В.А.

Нами было изучено влияние величины и ориентации магнитного поля на температуру перехода в антиферромагнитно упорядоченное состояние волны спиновой плотности (TВСП) в квазиодномерном органическом соединении (TMTSF)2PF6 [1]. Были проведены измерения продольной (Rxx) и поперечной (Rzz) компонент магнитосопротивления в магнитных полях до 19 Тл. Измерения проводились для трех ориентаций магнитного поля B||a, b’ и с* при нулевом внешнем давлении и под давлением 5 кбар. Для B||c* ориентации наблюдалась квадратичная зависимость температуры перехода от величины магнитного поля как без давления, так и при давлении 5 кбар, что согласуется с результатами других групп и с предсказаниями теории. Изучение поведения температуры перехода для B||a и b' под давлением было проведено впервые. Измерения показывают, что для указанных ориентаций сдвиг TВСП отсутствует с точностью 0,05К как при нулевом давлении, так и под давлением 5кбар.

Этот результат также соответствует теоретическим предсказаниям.

Таким образом, проверена справедливость теории, описывающей поведение TВСП в терминах неидеального нестинга, характеризуемого единственным параметром tb’.

1. Ya. A. Gerasimenko et.al., „Anisotropy of the Spin Density Wave Onset for (TMTSF)2PF6 in Magnetic Field“, submitted to PRB, 2009.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.4. Экспериментальное исследование явлений, связанных с орбитальными тороидальными токами в полупроводниковых гетероструктурах.

Участники проекта: В.В. Капаев, И.П. Казаков, А.М. Вакуленко, А.А. Долгобородов.

Эффекты (в данном случае — магнитоэлектрический (МЭ) и фотогальванический (ФГЭ)), обусловленные наличием состояний, связанных с возникновением тороидного упорядочения орбитального движения носителей тока, спектр возбуждения которых асимметричен по квазиимпульсу, исследованы на образцах асимметричных полупроводниковых гетероструктур, поскольку характерный масштаб пространственных изменений волновых функций носителей в наноструктурах существенно больше, чем в объемных материалах. Эксперименты по наблюдению МЭ и ФГЭ проводились на асимметричных относительно оси роста гетероструктурах систем GaAs/AlGaAs и AlGaAs/InGaAs/GaAs, выращенных методом молекулярнолучевой эпитаксии. Исследовались структуры с тремя квантовыми ямами, разделенными тонкими прозрачными барьерными слоями, в результате чего формировалась единая двумерная электронная система шириной порядка 25–35 нм, а также структуры, представляющие собой одиночную квантовую яму с сильно асимметричной формой удерживающего потенциала. Исследования проводились как на нелегированных асимметричных гетероструктурах, в которых равновесные носители заряда отсутствуют, так и на легированных структурах с конечной плотностью равновесных носителей. При этом и в том и в другом случае всегда использовалось фотовозбуждение неравновесных носителей из валентной зоны при освещении гетероструктуры светом с энергией кванта большей ширины запрещенной зоны (переходы зона – зона). Измерения МЭ и ФГЭ проводились в широкой области магнитных полей (до 80 кЭ) и температур (4.2 – 300 К), и в очень широком интервале мощности подсветки от 10-10 до 10-2 Вт/см2. Показано, что:

1. В нелегированных структурах величины обоих (МЭ и ФГЭ) эффектов велики — до нескольких вольт на 1 см длины освещаемого участка гетероструктуры при комнатной температуре; при этом не столь существенно зависят от температуры, но сильно зависят от степени туннельной связности квантовых ям.

2. Линейное возрастание величины ФГЭ с магнитным полем в малых полях является прямым следствием линейной зависимости величины тороидного момента, после чего с возрастанием поля начинает сказываться магнитная локализация.

Численные расчеты для трехямных структур показали, что с ростом поля электроны практически полностью уходят из двух узких квантовых ям и локализуются в самой широкой яме. Это приводит не только к сильному уменьшению величины тороидного момента в больших магнитных полях, но и существенным образом сказывается на величине магнитосопротивления при движении фотоиндуцируемых носителей в латеральной плоскости гетероструктуры.

3. Зависимости фотогальванического тока в фотогальваническом эффекте и наведенной магнитных полем электрической поляризации в поперечном магнитоэлектрическом эффекте от величины мощности подсветки являются корневыми Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

в интервале 10-10 – 10-6 Вт/см2 и линейными при мощностях подсветки 10-3 – 10Вт/см2.

4. Для легированных структур (с двумерной плотностью равновесных носителей порядка 10-12 см-2) ФГЭ- и МЭ-эффекты, во-первых, на 3-4 порядка величины меньше, а, во-вторых, сильно зависят от температуры, уменьшаясь при ее понижении до 4,2 K еще примерно на порядок величины. При этом, в частности для МЭ, в области сильных магнитных полей наблюдаются заметно выраженные осцилляции электрической поляризации, период которых по обратному магнитному полю совпадает с периодом осцилляций в эффекте Шубникова – де Гааза при измерении полевых зависимостей магнитосопротивления, когда магнитное поле направлено по нормали к поверхности образца. Оба факта — сильное уменьшение магнитоэлектрического эффекта с температурой и наличие при низкой температуре осцилляций на полевой зависимости электрической поляризации — иллюстрируют участие равновесных носителей в компенсации электрической поляризации, образующейся за счет неравновесной фотовозбужденной доли носителей заряда.

Список основных публикаций по проекту 2009 г.

1. А.А. Горбацевич, О.Е. Омельяновский, В.И. Цебро, «Тороидное упорядочение в кристаллах и наноструктурах», УФН, 2009, т.179, вып.8, стр.887-897.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.5. Взаимодействие фотовозбужденных носителей высокой плотности со спиновой подсистемой в полупроводниковых гетероструктурах.

Участники проекта: от ФИАН: И.П.Казаков, М.В.Кочиев, М.Л.Скориков, А.Г.Турьянский, Ю.Б.Хавин, В.А.Цветков, В.В.Белых;

от ИФТТ РАН: В.Д.Кулаковский, А.А.Максимов, 1. Экспериментально исследована кинетика нагрева Mn подсистемы и релаксации намагниченности во внешних магнитных полях в полумагнитных полупроводниковых гетероструктурах типа II Zn0.99Mn0.01Se/BeTe при различных интенсивностях лазерной накачки. Обнаружена быстрая частичная релаксация намагниченности на временах порядка нескольких сотен наносекунд после возбуждающего импульса, которая сменяется относительно медленной спин-решеточной релаксацией со временем, измеренным в этих же образцах и составившим величину ~240 мкс [1,2].

2. Создана экспериментальная установка для магнитооптических исследований кинетики релаксации намагниченности с использованием трех синхронизованных импульсных лазеров: возбуждающего, пробного и контрольного. Исследована возможность ускорения спиновой релаксации в полумагнитных полупроводниковых гетероструктурах с помощью контрольного лазерного импульса. Исследованы процессы медленной кинетики релаксации намагниченности ионов Mn при температуре решетки T = 1.8 K в магнитном поле 3 T в полумагнитных полупроводниковых гетероструктурах 2-го типа на основе ZnMnSe/BeTe. При временах задержки порядка сотен мкс после возбуждающего лазера температура магнитной подсистемы составляла ~ 5 – 10K. Было обнаружено, что в этих условиях с помощью дополнительного короткого наносекундного контрольного импульса лазера можно добиться быстрого понижения температуры Mn подсистемы на временах задержки от 30 до сотен нс относительно контрольного импульса. Эффект может быть объяснен участием фотовозбужденных холодных носителей в передаче энергии от магнитных ионов в решетку. Наибольшая величина эффекта лазерного охлаждения магнитной подсистемы определяется оптимальной интенсивностью контрольного импульса и может достигать значения нескольких градусов [1,2].

3. При температурах жидкого гелия исследованы спектры фотолюминесценции (ФЛ) и возбуждения фотолюминесценции GaAs/Al0.3Ga0.7As сверхрешеток (СР) с сильной туннельной связью между квантовыми ямами (КЯ) (ширина КЯ 4 нм, ширина барьеров 1 нм) при непрерывном надбарьерном возбуждении с интенсивностью до 1кВт/см2 в магнитных полях параллельной и перпендикулярной оси СР ориентации с индукцией до 14 Т. Такие СР можно рассматривать как объемный полупроводник с сильно анизотропным электронным спектром. Показано, что в сильных магнитных полях (индукция больше 5 Т) обеих ориентаций линия ФЛ экситона с тяжелой дыркой монотонно сдвигается в сторону низких энергий с ростом интенсивности возбуждения и уширяется в сторону высоких энергий. Такое поведение, по-видимому, связано с перенормировкой ширины запрещенной зоны и ростом температуры неравновесных носителей заряда [3].

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

1. A.A. Maksimov, D.R. Yakovlev, J. Debus, I.I. Tartakovskii, M. Bayer. «Spin dynamics of Mn ions and photoexcited carriers in DMS heterostructures: Spin diffusion in magnetic ion system», направлена в Physica Status Solidi (с).

2. J. Debus, A.A. Maksimov, D. Dunker, D.R. Yakovlev, I.I. Tartakovskii, A. Waag, M. Bayer. «Dynamical control of Mn spin system cooling by photogenerated carriers in (Zn,Mn)Se/BeTe heterostructures», подготовлена для отправки в Phys Rev B.

3. Yuri Khavin, Nikolai Sibeldin, Mikhail Skorikov, Vitaliy Tsvetkov, Daniel Oberli, Alok Rudra, Romain Carron and Eli Kapon “Effect of Magnetic Field on Broadening of Excitonic Spectra in Superlattices”, Abstacts of 2009 APS March Meeting, Pittsburgh, PA, March 16Bulletin of the American Physical Society; v.54, No.1, p.198.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.6. Многоспиновые комплексы и возбуждения в наноструктурах с магнитными примесями.

Участники проекта: Кудинов А.В., Решина И.И., Намозов Б.Р., Кавокин К.В., 1. Целью работы является исследование спиновой динамики и возможности фазового перехода в ферромагнитное состояние в квантовых ямах на основе разбавленных магнитных полупроводниках (РМП). Изучены спиновые возбуждения в модельной РМП-структуре CdMnTe/CdMgTe, содержащей как магнитные ионы Mn2+, так и двумерные носители. Коллективный характер спиновой прецессии в такой связанной системе приводит, как было предсказано ранее, к смягчению магнитной моды вблизи ферромагнитного перехода. Нами обнаружено, что при низкой температуре (1.7 К) с ростом концентрации двумерных дырок частота спинового резонанса, измеряемого методом резонансного рамановского рассеяния с переворотом спина, уменьшается. Для контролируемого изменения концентрации дырок были выращены специальные структуры, в которых оптически возбужденные электрон и дырка разделялись в приповерхностном электрическом поле, что приводило к изменению концентрации носителей одного типа (дырок в нашем случае). Изучены зависимости частоты спинового резонанса (или, эквивалентно, g-фактора магнитных ионов Mn2+) от концентрации дырок и от магнитного поля. Обнаруженное относительное уменьшение g-фактора при максимальной концентрации дырок p = 1*1011 cm-2 составляет g/g0 = 0.1, где g0 = 2.00 есть g-фактор свободного иона Mn2+.

Полученный результат – смягчение магнитной моды – интерпретируется в рамках индуцированного дырками косвенного обмена между ионами Mn (аналог РККИвзаимодействия) и является предвестником фазового перехода. Существующая теория (K.V. Kavokin, Phys.Rev. B 59, 9822, 1999). модифицирована с учетом специфики экспериментов по комбинационному рассеянию и особенностей исследованных структур. Рассчитаны закон дисперсии элементарных возбуждений в системе взаимодействующих спинов ионов марганца и двумерных дырок, проведено сопоставление со спектрами рамановского парамагнитного резонанса, полученными в эксперименте [1, 2].

2. Изучена динамика образования экситонных магнитных поляронов в квантовой яме CdMnSe/CdMgSe на основе РМП. Проведены измерения фотолюминесценции с временным разрешением при импульсном возбуждении в квантовой яме CdMnSe/CdMgSe c магнитными примесями в магнитных полях до 7 Т и температурах от 2 до 25 К. Обнаружено образование магнитного полярона и измерена его энергия ( мэВ), что согласуется с нашими более ранними измерениями, проведенными другими методами при непрерывном возбуждении люминесценции. Время образования магнитного полярона (500 пс) оказалось неожиданно существенно длиннее, чем в других материалах, что повидимому связано с сильной автолокализацией магнитного полярона. В пользу этого заключения свидетельствует уменьшение времени жизни Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

экситона с 600 до 200-400 пс при увеличении магнитного поля и температуры, приводящих к разрушению магнитного полярона [3].

1. Г. В. Астахов, К. В. Кавокин, Ю. Г. Кусраев, Christian Kehl, Jean Geurts, Wolfgang Ossau, T. Wojtowicz, G. Karczewski, Динамика связанной спиновой системы магнитных ионов и двумерных дырок вблизи ферромагнитного фазового перехода в квантовых ямах CdMnTe. IX Российская конференция по физике полупроводников, НовосибирскТомск, Тезисы докладов, с.183 (2009).

2. C. Kehl, G. V. Astakhov, K. V. Kavokin, Yu. G. Kusrayev, W. Ossau, G. Karczewski, T. Wojtowicz, and J. Geurts, Phys. Rev. Lett. (в печати).

3. Tillmann Godde, Irina I. Reshina, Sergey V. Ivanov, Ilya A. Akimov, Dmitri R.

Yakovlev, and Manfred Bayer, Dynamics of exciton magnetic polaron formation in CdMnSe/CdMgSe quantum well. The 14th International Conference on II-VI Compounds, August 23-28th, 2009, submitted to Physica Status Solidi (c).

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.7. Магнитные взаимодействия волн пространственного заряда в высокоомных полупроводниках.

Участники проекта: М.В. Красинькова, А.С. Козлов, Д.В. Петров 1. Обнаружено сильное (до 200% изменения интенсивности сигнала на 1 Т) влияние магнитного поля на волны пространственного заряда (ВПЗ) в InP:Fe и GaAs:Cr, [1, 2]. Эффект регистрируется, когда векторы электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости освещаемой поверхности образца.

Установлено, что, в отличие от других материалов, изменение сигнала ВПЗ в InP:Fe и GaAs:Cr линейно зависит от приложенного магнитного поля. Дано объяснение этого явления, учитывающее присутствие силы Лоренца, которая отклоняет траекторию носителей заряда вдоль оси, перпендикулярной к поверхности образца, а также неоднородность параметров кристалла.

2. Найден новый гальваномагнитный эффект, связанный с взаимодействием магнитного поля и ВПЗ в GaAs, [3]. В данном случае использовалось магнитное поле, перпендикулярное освещенной поверхности образца. Поскольку этот полупроводник обладает положительным магнитосопротивлением, ожидалось, что сигнал ВПЗ будет уменьшаться с увеличением магнитного поля, однако обнаружилось значительное усиление отклика (на 40% при 0.8 Т). Явление было объяснено влиянием отрицательной дифференциальной проводимости в вольт-амперной характеристике GaAs, с одновременным удлинением траектории носителей заряда за счет эффекта геометрического магнитосопротивления при приложении магнитного поля.

3. Исследовано взаимодействие ВПЗ в геометрии, соответствующей п. 2, но при изменении направления волнового вектора интерференционной картины в плоскости поверхности кристалла. Оказалось, что сигнал ВПЗ максимален, когда этот вектор параллелен траектории движения носителей заряда с учетом угла отклонения в магнитном поле. Показано, что данное явление сходно с эффектом Холла, и может использоваться, как метод нахождения подвижности носителей заряда.

1. D. V. Petrov, M. P. Petrov, B. Hilling, M. Lemmer, M. Imlau. Large scale magnetic field influence on trap recharging waves in InP:Fe and GaAs:Cr. Applied Physics B 2009, Vol. 95, N 3, P. 483-488.

2. D. V. Petrov, M. P. Petrov, B. Hilling, M. Lemmer, M. Imlau. Large scale magnetic field influence on trap recharging waves in InP:Fe and GaAs:Cr. Proceedings of 12th Topical Meeting on "Photorefractive Materials, Effects, and Devices - Control of Light and Matter" 2009, V. 1-2, P. 10-11.

3. M. P. Petrov, M. Lemmer, D.V. Petrov, B. Hilling, M. Imlau. New galvanomagnetic effect related to trap-recharging waves in GaAs (подготовлена к печати).

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.8. Магнитные полупроводники – мультиферроики R(1-x)BixMnO3 и R(1-x) CexMn2O5:

слоистая сверхструктура, зарядовое упорядочение.

Участники проекта: Е.И. Головенчиц, С.Н.Гвасалия, В.Г.Залесский, В.В.Кузнецова, 1. Установлено, что мультиферроики – полупроводники Eu0.8Ce0.2Mn2O обладают близкими и высокими температурами (выше комнатной) магнитного и сегнетоэлектрического упорядочений. При T 185 K в кристалле перколяционным фазовым переходом образуется бесконечный кластер слоистой сверхструктуры с зарядовым сегнетоэлектричеством и ферромагнетизмом в слоях. Возникающие при легировании носители заряда участвуют во взаимодействиях, ответственных как за ферромагнетизм (двойной обмен между ионами марганца Mn3+ - Mn4+), так и за зарядовое сегнетоэлектричество (фазовое расслоение и самоорганизация носителей заряда). Рентгеновские дифракционные исследования показали существование при комнатной температуре слоистой сверхструктуры, с квази-2D слоями, перпендикулярными оси c кристалла, с толщиной слоев ~ 700 [1].

2. В Eu0.8Ce0.2Mn2O5 при низких температурах (ниже 80 К) были обнаружены asgrown 2D полупроводниковые сверхрешетки, со слоями, перпендикулярными оси c кристалла. Сверхрешетки формируются в объеме легированного монокристалла за счет процессов самоорганизации носителей заряда. Обнаружена гигантская анизотропия магнитной восприимчивости и проводимости вдоль и поперек слоев сверхрешеток [1].

3. Обнаружено, что состояние сверхрешеток (барьеры на границах минизон, концентрация носителей в минизонах) управляется внешним магнитным полем. В достаточно сильных магнитных полях формируются стационарные, динамические сверхрешетки с приблизительно равными глубинами минизон и концентрацией носителей в них. Такие состояния обусловлены балансом сил притяжения носителей заряда (двойной обмен, взаимодействие Яна – Теллера) и отталкивания носителей (Кулоновское отталкивание) [1].

4. При температуре T = 5 K в равновесных сверхрешетках обнаружены квантовые осцилляции магнитной восприимчивости и магнитосопротивления (осцилляции де Гааза ван Альфена и Шубникова де Гааза, соответственно).

Осцилляции наблюдались в магнитных полях вблизи и выше метамагнитного фазового перехода (H 25 kOe). Период осцилляций при фазовом переходе резко изменялся.

Вдали от перехода имелись периодические осцилляции, период которых различен до и после перехода. Проведены оценки концентрации носителей заряда в слоях сверхрешеток до и после фазового перехода ( ~ 1012 cm-2) [1].

5. При низких температурах изучены теплоемкость и процессы диэлектрической релаксации, характеризующей локальную проводимость в минизонах сверхрешеток.

Обнаружена анизотропия проводимости и разный знак частотной дисперсии проводимости вдоль и поперек слоев сверхрешеток [1].

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

6. Изучено Рамановское рассеяние света, особенности которого согласуются с данными, полученными при исследовании фазовых переходов в легированном кристалле [1].

7. Обнаружена возможность управления свойствами высокотемпературного сегнетоэлектрического состояния внешним магнитным полем [1].

1. V.A. Sanina, E.I. Golovenchits, V.G. Zalesskii, S.G. Lushnikov, S.N. Gvasaliya, M.P.

Scheglov, A. Savvinov, R.S. Katiyar, H. Kawaji, T. Atake, Phase separation with dynamic charge self-organization in semiconductor manganites – multiferroic Eu0.8Ce0.2Mn2O5, Phys.

Rev. B, v. 80, 2009 (accepted in print).

2. V.A. Sanina, E.I. Golovenchits, V.G. Zalesskii, S.G. Lushnikov, S.N. Gvasaliya, M.P.

Scheglov, R.S. Katiyar, A. Savvinov, Phase separation with dynamic charge selforganization in semiconductor manganites – multiferroic Eu0.8Ce0.2Mn2O5, Workshop on Magnetoelectric Interaction Phenomena in Csrystals, January 25 – 28, 2009, University of California, Santa Barbara, Abstracts, p. 61.

3. E.I. Golovenchits, V.A. Sanina, V.G. Zalesskii, Magnetic oscillations in Multiferroic Eu0.8Ce0.2Mn2O5, Workshop on Magnetoelectric Interaction Phenomena in Csrystals, January 25 – 28, 2009, University of California, Santa Barbara, Abstracts, p. 54.

4. E.I. Golovenchits, V.A. Sanina, V.G. Zalesskii, Magnetic susceptibility and magnetoresistance oscillations in the semiconductor-multiferroic Eu0.8Ce 0.2Mn2O5, International Symposium Spin-waves 2009, A.F. Ioffe Physico – Technical Institute RAS, Saint – Petersburg, 7 – 12 June, 2009, Abstracts, p. 5. E.I. Golovenchits, V.A. Sanina, V.G. Zalesskii, Magnetic susceptibility and magnetoresistance oscillations in the semiconductor-multiferroic Eu0.8Ce 0.2Mn2O5, XXXV Low Temperature Physics Conference, IFSS RAS, Chernogolovka, 28 September – 2 October 2009, Abstracts, p. 6. V.A. Sanina, E.I. Golovenchits, V.G. Zalesskii, M.P. Scheglov, Phase separation with dynamic charge self-organization in semiconductor manganites – multiferroic Eu0.8Ce0.2Mn2O5, XXXV Low Temperature Physics Conference, IFSS RAS, Chernogolovka, 28 September – 2 October 2009, Abstracts, p. Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.9. Новые наногетероструктуры на основе кобальта и дифторидов кальция, марганца и никеля: процессы роста, кристаллическая структура и магнитные свойства.

Участники проекта: А.Г.Банщиков, С.В.Гастев, Б.Б.Кричевцов, А.В.Крупин, Р.Н.Кютт, С.М.Сутурин, В.П.Улин, Д.А.Баранов, В.В.Федоров гетероэпитаксиальных подложек CaF2/Si в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии исследовалось методами дифракции быстрых электронов (ДБЭ), атомно-силовой и электронной сканирующей микроскопии [1]. Были изучены зависимости плотности наночастиц, зародившихся на террасах и ступенях поверхности CaF2(111), от дозы (произведения скорости нанесения на время роста) и температуры подложки. Найдены условия роста, при которых происходят либо оба процесса (зарождение на ступенях и террасах) или доминирует только один из них. В реализованном в настоящей работе режиме декорирования ступеней на поверхности CaF2(111) происходит формирование интересных с точки зрения магнитных свойств квазиодномерных массивов наночастиц Со.

При исследовании магнитооптических свойств массивов наночастиц Co с различной плотностью, выращенных на CaF2(111), было обнаружено, что при некоторой критической плотности наночастиц полярный и меридиональный эффекты Керра меняют свои знаки на противоположные, причем это происходит в широком диапазоне энергий падающих квантов [2]. Наблюдаемая смена знаков была объяснена влиянием эффекта локального поля, который обусловлен вкладом в действующее поле дипольных моментов, индуцированных в частицах под действием света [3].

Магнитооптические исследования магнитных свойств массивов наночастиц Со, выращенных на анизотропной гофрированной поверхности CaF2(110) показали, что при малых покрытиях магнитная структура плёнок при комнатной температуре представляют собой ансамбль суперпарамагнитных слабовзаимодействующих наночастиц и характеризуется небольшими величинами коэрцитивного поля и остаточной намагниченности. Понижение температуры сопровождалось сильным увеличением этих параметров, связанным с переходом островков в блокированное состояние [4].

В экспериментах [5] по изучению процессов эпитаксиального роста NiF2 на поверхности гофрированной гетероэпитаксиальной подложки CaF2(110) /Si(001) были выполнены измерения методами ДБЭ, рентгеновской дифрактометрии и атомносиловой микроскопии. Несмотря на значительное рассогласование постоянных решеток фторида никеля и буферного слоя, картины ДБЭ указывали на наличие эпитаксиального роста. Было обнаружено, что при двухстадийном росте NiF2 картина ДБЭ значительно упрощается, а на поверхности буферного слоя формируются хорошо упорядоченные массивы кристаллитов с характерными размерами 50 x 100 нм2. Анализ картин ДБЭ, а также картографирование обратного пространства с помощью рентгеновского дифрактометра позволили установить, что при двухстадийном росте Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

NiF2 кристаллизуется в стабильной тетрагональной фазе, плоскость (110) которой развернута на угол 9.74±0.02° относительно одноименной плоскости буферного слоя.

Принимая во внимание эти данные было установлено, что в этой системе на гетерогранице реализуются следующие эпитаксиальные соотношения: [001]NiF2 [1CaF2; (100)NiF2 (111)CaF2.

В рамках настоящего проекта были также продолжены исследования оптических и магнитных свойств метастабильной фазы фторида марганца, обнаруженной ранее участниками проекта [6,7] 1. С.М. Сутурин, Р.Н. Кютт, А.А. Ломов, Н.И. Поречная, А.А. Ситникова, В.В.

Федоров, Н.С. Соколов, Эпитаксиальные наночастицы кобальта на атомно-гладкой (111) и гофрированной (110) поверхностях фторида кальция, принят доклад на VII Национальной конференции "Рентгеновское, Синхротронное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов. Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии" (РСНЭ-НБИК 2009), Москва, 16-21 ноября 2009 г.

2. Б.Б. Кричевцов, А.Г. Банщиков, С.В. Гастев, А.В. Нащекин, С.M. Сутурин, В.А.

Кособукин, Н.С. Соколов, T. Shimada, Влияние морфологии магнитного слоя на оптические и магнитооптические свойства гетероструктур CaF2/Co/CaF2/Si(111), Сборник трудов ХХI Международной конференции "Новое в магнетизме и магнитных материалах", Москва, 28 июня - 4 июля 2009 г., БС-1б, с.186-188, ISBN 5-8279-0020- 3. В.А. Кособукин, Б.Б. Кричевцов, Эффекты локального поля в магнитооптике двумерных массивов ферромагнитных наночастиц, Физика твердого тела, в печати 4. Б.Б. Кричевцов, С.В. Гастев, Д.С. Ильющенков, А.К. Кавеев, Н.С. Соколов, Магнитные свойства массивов наночастиц кобальта на поверхности CaF2(110)/Si(001), Физика твердого тела 51 (2009) 109- 5. Н.С. Соколов, А.Г. Банщиков, А.В. Крупин, С.М. Сутурин, В.П. Улин, М.А.

Яговкина, Процессы роста и структура эпитаксиальных слоев фторида никеля на CaF2/Si(001, принят доклад на VII Национальной конференции "Рентгеновское, Синхротронное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов. Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии" (РСНЭ-НБИК 2009), Москва, 16-21 ноября 2009 г.

6. С.В. Гастев. Энергетический обмен между экситонами и редкоземельными ионами в эпитаксиальных структурах и объемном монокристалле MnF2. Сборник докладов XV Всероссийской конференции «Оптика и спектроскопия конденсированных сред», Краснодар, 20-26 сентября 2009 г., С.187- 7. I.V. Golosovsky, N.S. Sokolov, A. Gukasov, A. Bataille, M. Boehm, J. Nogues, Sizedependent magnetic behavior and spin-wave gap in MnF2 epitaxial films with orthorhombic crystal structure, J. Magn. & Magn. Mater. (принято к опубликованию) Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.10. Особенности слабой локализации в наноструктурах с вырожденным основным состоянием носителей тока.

Участники проекта: М.М.Глазов, М.О. Нестоклон, С.А. Тарасенко 1. Получены выражения для аномального магнитосопротивления, обусловленного слабой локализацией двумерных электронов, описывающие экспериментальные данные во всём диапазоне классически слабых магнитных полей для произвольного соотношения спиновых расщеплений Рашбы, Дрессельхауза и Зеемана.

2. Развита теория слабой локализации электронов в графене в недиффузионном режиме в условиях, когда междолинное рассеяние подавлено. Показано,что знак и величина слаболокализационной поправки к проводимости определяется характером рассеивающего потенциала.

1. M.M. Glazov and L.E. Golub. Spin–orbit interaction and weak localization in heterostructures. Semicond. Sci. Technol. 2009, Т. 24, Вып. 6, С. 064007 (1-7) Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.11.Изучение магнитных состояний в низкоразмерных структурах на основе полупроводниковых материалов и магнитоупорядоченных соединений методами линейной и нелинейной магнитооптики.

Участники проекта: В.Н. Гриднев, Н.В. Жариков, А.М. Калашникова, С.А. Кижаев, В.

Размерно-ограниченные структуры на основе полупроводниковых материалов и магнитоупорядоченных соединений привлекают большое внимание исследователей в силу ряда новых физических явлений, и как перспективные материалы для возможных применений в электронике и спинтронике. Весьма интересны новые композитные материалы, свойства которых обусловлены не столько индивидуальными физическими свойствами их компонентов, сколько внутренней микро- или наноструктурой. В таких средах возможна реализация таких оптических и электродинамических свойств, которые не встречаются в обычных природных материалах.

Задача данного проекта состоит в изучении магнитных состояний в низкоразмерных структурах на основе полупроводниковых материалов и магнитоупорядоченных соединений с помощью линейных и нелинейных магнитооптических методов в ближнем инфракрасном и видимом световом диапазонах, установлении микроскопических механизмов взаимодействия магнитной системы с электромагнитным излучением.

В этом направлении были исследованы магнитные структуры халькогенидов европия EuX (X =Se, Te) на диамагнитной подложке BaF2, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Халькогениды европия – это магнитные полупроводники, кристаллизующиеся в центросимметричной точечной группе m3m.

Они обладают рядом уникальных физических свойств, определяемых сильно локализованными 4f7 электронами ионов Eu2+, имеющих спин S = 7/2. В данных материалах изучалась генерация второй оптической гармоники (ГВГ) в магнитном поле. В экспериментах использовался 8 нс лазер с частотой повторения импульсов Гц. Третья гармоника этого лазера служила для накачки оптического параметрического генератора, выход которого использовался для возбуждения ГВГ в EuX. Измерение ГВГ проводилось с помощью охлаждаемой ПЗС камеры во внешнем магнитном поле величиной до 11 T, приложенном в геометрии Фогта.

кристаллографической структурой, поэтому ГВГ отсутствовала без магнитного поля.

Неожиданным результатом явилось обнаружение ГВГ в EuX (X =Se, Te) при включении магнитного поля. Основные результаты показаны на Рис. 1 и 2. Весьма характерно, что полевые зависимости ГВГ отражают поведение квадрата намагниченности M2. Детальное исследование спектральных, полевых и температурных зависимостей ГВГ в этих материалах, а также использование метода вращательной анизотропии, позволили сделать вывод, что основным вкладом в ГВГ в центросимметричной кристаллической структуре халькогенидов европия EuX (X =Se, Te) является спин-индуцированный вклад при резонансном возбуждении электродипольных и магнитодипольных электронных переходов, формирующих край фундаментального поглощения в этих материалах.

Интенсивность ГВГ (пр. ед.) Интенсивность ГВГ (пр. ед.) экспериментальные значения, линия – нормированная зависимость квадрата намагниченности M2, вставка – температурная зависимость пиковой интенсивности ГВГ (точки – Основными результатами работ на текущем этапе проекта являются:

1. Обнаружение спин-индуцированной генерации второй оптической гармоники в тонких пленках халькогенидов европия EuX (X =Se, Te), полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

2. Установлен механизм возникновения ГВГ в центросимметричной кристаллической структуре халькогенидов европия EuX (X =Se, Te), он связан с возникновением спин-индуцированного вклада в ГВГ при резонансном возбуждении электродипольных и магнитодипольных электронных переходов, формирующих край фундаментального поглощения в этих материалах.

3. Разработана микроскопическая модель наблюдаемых нелинейных магнитооптических процессов.

mechanisms of optical harmonics generation in semiconductors, Phys. Stat. Sol. 2009 (в печати).

Abstracts of International Conference «Functional Materials», Ukraine, Crimea, Patenit, p. Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.12. Квантовые явления в сэндвич-структурах CdBxF2-x - p–CdF2 - CdBxF2-x на поверхности кристалла n-CdF Участники проекта: Л.Е. Клячкин, Д.С. Полоскин, А.М. Маляренко, А.А. Кудрявцев 1. Спектр подзон двумерных дырок в квантовой яме p–CdF2, ограниченной барьерами CdBxF2-x на поверхности кристалла n-CdF2, был идентифицирован при измерении туннельных ВАХ. Было обнаружено, что отношение пиков токов и проводимости, измеренных при значениях температуры 298 К и 345 К, соответственно, при значениях энергии подзон двумерных дырок, удовлетворяет соотношению Бинаккера, Ic/GN = /e (где =51.03 мэВ).

Полученные результаты указывают на важную роль двумерных дырочных подзон в формировании «эффекта близости», который возникает вследствие Андреевского отражения в так называемых «сандвич-структурах» - узких квантовых ямах, ограниченных сверхпроводящими барьерами. Причем спектры многократного Андреевского отражения были обнаружены вблизи энергетических позиций каждого из уровней размерного квантования.

Таким образом, показано, что в сандвич-структуре CdBxF2-x - p–CdF2 - CdBxF2-x самоупорядоченно формируется система параллельных Джозефсоновских переходов, количество которых определяет величину пиков сверхтока и проводимости в сверхпроводящем и нормальном состоянии - барьеров, возникающих каждый раз, когда одна из двумерных подзон совпадает с уровнем Ферми при изменении прямого напряжения.

2. Предложенный механизм взаимосвязанности спектральных зависимостей сверхтока и энергетическими позициями двумерных подзон подтверждается измерениями величины сверхпроводящей щели с помощью туннельных ВАХ, а также температурных и полевых зависимостей сопротивления, магнитной восприимчивости и теплоемкости. Причем полученное значение, 2, согласуется с величиной, следующей из вышеприведенной оценки амплитуды сверхтока, и соответствует значению Tc =336К (2=3.52kTc) в температурном интервале перехода из сверхпроводящего в нормальное состояние. Высокая степень спиновой поляризации двумерных дырок в краевых каналах по периметру квантовой ямы p–CdF2, возникающая вследствие многократного Андреевского отражения, позволила идентифицировать механизм эффекта спинового транзистора, обнаруженного в зависимости от напряжения вертикального затвора, управляющего величиной спин-орбитального взаимодействия Бычкова-Рашбы.

3. Впервые наблюдалась холловская лестница квантованной проводимости в зависимости от напряжения вертикального затвора. Значение амплитуды каждой ступеньки, e2/h, и наличие спектра многократного Андреевского отражения в области первой ступеньки свидетельствует о регистрации квантового спинового эффекта Холла.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

1. Н.Т.Баграев, О.Н. Гимбицкая, Л.Е.Клячкин, А.М.Маляренко, И.А. Шелых, А.И.

Рыскин, А.С. Щеулин. Спиновый транзистор на основе наноструктур фторида кадмия.

ФТП 2009, Т.43, С.85-94.

2. Н.Т. Баграев, О.Н. Гимбицкая, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренко, И.А. Шелых, А.И.

Рыскин, А.С. Щеулин. Квантовый эффект Холла в наноструктурах на основе фторида кадмия. ФТП 2009, Т.43, С.82-84.

3. N.T. Bagraev, W. Gehlhoff, L.E. Klyachkin, A.A. Kudryavtsev, A.M. Malyarenko, V.V. Romanov. Superconductivity in Silicon Nanostructures. In "Charge Transfer and Vibronic States in Ionic-Covalent Systems. Theory, Experiment and Applications", ed. by V.S. Vikhnin and G.K. Liu; Springer/Tsinghua University Press; 2009 (in press).

4. N.T. Bagraev, W. Gehlhoff, L.E. Klyachkin, A.A. Kudryavtsev, A.M. Malyarenko, V.V. Romanov: Spin-dependent transport of holes in silicon quantum wells confined by superconductor barriers, AIP 2009, P. 551-552 ().

5. Н.Т. Баграев, Л.Е. Клячкин, А.А. Кудрявцев, А.М. Маляренко, В.В. Романов:

Сверхпроводящие свойства кремниевых наноструктур; ФТП 2009, Т.43, C.1481-1495.

6. Н.Т. Баграев, Л.Е. Клячкин, А.А. Кудрявцев, А.М. Маляренко, Г.А. Оганесян, Д.С.

Полоскин: Квантование сверхтока и андреевское отражение в кремниевых наноструктурах; ФТП, 2009, Т.43, C.1496-1506.

7. N.T. Bagraev, L.E. Klyachkin, A.A. Kudryavtsev, A.M. Malyarenko; Magnetic resonance spectroscopy of single centers in silicon quantum wells, Physica B (accepted).

8. N.T. Bagraev, D.S.Gets, L.E. Klyachkin, A.A. Kudryavtsev, A.M. Malyarenko,V.A.

Mashkov, V.V. Romanov; EDEPR of impurity centres embedded in silicon microcavities, Physica B (accepted).

9. N.T. Bagraev, W. Gehlhoff, O.N. Guimbitskaya, L.E. Klyachkin, A.M. Malyarenko, A.A. Kudryavtsev, V.V. Romanov, A.I. Ryskin, I.A. Shelykh; A.S. Shcheulin, Spin Transistor and Quantum Spin Hall Effects in CdBxF2-x - p–CdF2 – CdBxF2-x Sandwich Nanostructures, Physica C (accepted).

10. N.T. Bagraev, L.E.Klyachkin, A.A.Kudryavtsev, A.M.Malyarenko and L.V. Prokhorov;

On fractioning of quanta: electrons and neutrons, Relativistic Nuclear Physics and Quantum Chromodynamics:Proceedings of the XIX Intern. Baldin Seminar on High Energy Physics Problems (Dubna, September 29 - October 4, 2008), Editors: A.N.Sissakian, V.V.Burov, A.I.Malakhov, S.G.Bondarenko, E.B.Plekhanov. Dubna: JINR, 2009, V.1, XVI, P.3-9.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.13. Полярные и магнитные нанокластеры, мультиферроидные состояния в твердых растворах на основе квантовых параэлектриков.

Участники проекта: В.В. Леманов, В.С. Вихнин, М.Е. Гужва, В.А. Трепаков, Е.П. Смирнова, П.П. Сырников, Н.В. Зайцева, А.Г. Раздобарин.

С целью получения обоснованных результатов и выводов по исследованию полярных и магнитных нанокластеров, мультиферроидных состояний в твердых растворах на основе квантовых параэлектриков в 2009 году были проведены исследования монокристаллов и нанопорошков (с Cr3+) номинально чистого SrTiO3, SrTiO3 и KaTaO3 с немагнитными примесями (в том числе с изотопным замещением кислорода в SrTiO3), а также образцов монокристаллов и керамики SrTiO3:Mn.

Получены следующие результаты:

спектороскопической эллипсометрии монокристаллов SrTiO3 определен механизм аномального температурного поведения показателя преломления (отрицательный термооптический эффект). Этот результат имеет важное значение для выделения полярного и магнитного вкладов ближнего и дальнего порядка в рефракцию света при исследованиях на гомодинном интерферометре (использовано в п. 3). [1] 2. Полимерным золь-гель методом синтезированы и исследованы структуры и оптические свойства нанокристаллических порошков (диаметром до 13 nm) квантового параэлекрика SrTiO3 допированного спектроскопически активными d3 примесями (Cr3+, концентрация 0.1% ). Для наночастиц с наименьшим исследованным размером в области низких температур наблюдалась сильная нестабильность энергии люминесцентной R- линии с появлением температурного минимума энергии при 19 K, что интепретировано, как проявление низкотемпературного фазового перехода в наночастицах с циркулярно замкнутой по поверхности поляризацией. [2] 3. Установлено, что в твердых растворах на основе квантовых параэлектриков SrTiO3 (: Cа, Ва, О18) и KaTaO3 (:Nb) реализуются пространственные флуктуации, приводящие наряду с дальним порядком к ближнему полярному порядку, который можно связать с образованием полярной нанокластерной структуры, индуцированной примесями (второй компонентой твердого раствора при ее небольших концентрациях) [3].

4. В монокристаллах (выращенных различными методами) и керамике SrTiO3 в широком диапазоне температур впервые выполнено детальное исследование вхождения магнитных примесей Mn и их влияние на диэлектрические свойства в широком диапазоне частот (10 Гц – 10 МГц, THz (3-50 cm-1 90-150 GHz), ИК отражения света (20-3300 cm-1, 0.6-100 THz), рамановского рассеяния света, ЭПР и оптических спектров поглощения. Показано, что монокристаллы SrTiO характеризуются очень низким коэффициентом вхождения примеси марганца (1/100) по отношению к шихте и что, независимо от валентности ионы Mn замещают позицию ионов Ti. При этом полярные проявления слабы, а магнитные свойства не обнаруживаются. Поэтому, в керамических образцах сосуществование полярного и Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

магнитного поведения связаны с сегрегацией и вкладом границ зёрен-кристаллитов керамики обогащенных марганцем. Предполагается, что существенную роль в наблюдаемых явлениях в керамике и кристаллах SrTiO3 играют неоднородное вхождение примесей марганца, присутствие нанокластеров MnO и MnO2 [4]. В образцах, полученных методом ионной имплантации Mn сосуществование полярного и магнитного упорядочения требуют дальнейшего изучения.

1. V. Trepakov, A. Dejneka, P. Markovin, A. Lynnyk, and L. Jastrabik. A “Soft electronic band” and negative thermooptic effect in strontium titanate // New Journal of Physics – 11 (2009) 083024(9pp).

2. V A Trepakov, Z Potucek, M V Makarova, A Dejneka, P Sazama, L Jastrabik and Z Bryknar. SrTiO3:Cr nanocrystalline powders: size effects and optical properties // J. Phys.:

Condens. Matter - 21 (2009) 375303 (5pp).

3. M.E. Guzhva, V.V. Lemanov, P.A. Markovin, A.G. Razdobarin, A.S. Sigov, V.A.

Trepakov, D.A. Andreev and M. Itoh. Induced Polar States in Quantum Paraelectrics // Ferroelectrics, 2009, (in press).

4. V. Trepakov, M. Savinov, V. Zelezny, D. Nuzhnyy, I. Gregora, J. Petzelt, A.

Badalyan, P. Galinetto, A. Skvortsov, A. Dejneka, L. Jastrabik. Mn doping in properties of SrTiO3 single crystals // International Meeting on Ferroelectricity and International Symposium on Application of Ferroelectrics, Xi’an China, August 24-27, IMF-ISAF-2009.

Abstracts. Report NO-011.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.15. Магнитоупорядоченные состояния в мультиферроиках RM3(BO3)4 (R – редкая земля, M=Fe, Cr): исследование методами оптической спектроскопии.

Участники проекта: С.А. Климин, Е.П. Чукалина, Н.Ю. Болдырев, Д.С. Пыталев, 1. Обнаружен новый эффект: возгорание спектральных линий при магнитном упорядочении кристалла. Эффект наблюдался в оптических спектрах PrFe3(BО3)4.

Показано, что интенсивность новых линий пропорциональна квадрату параметра порядка магнитного фазового перехода и объясняется заимствованием из разрешенного перехода за счет смешивания волновых функций внутренним магнитным полем, возникающим при магнитном упорядочении [1-2].

2. Проведено спектроскопическое исследование с высоким разрешением ориентированных монокристаллов ферроборатов PrFe3(BО3)4 в парамагнитной и антиферромагнитной фазах. Полученные данные по штарковской структуре уровней 4f конфигурации иона Pr3+ в парамагнитном PrFe3(BО3)4 описаны моделью кристаллического поля, учитывающей межконфигурационные взаимодействия 4f2 – 4f5d и 4f2 – 4f6p. Анализ спектров иона Er3+, введенного в PrFe3(BО3)4 в качестве зонда, показал, что спины железа упорядочиваются вдоль кристаллографической оси c ниже температуры TN=32 K. Для описания наблюдаемых изменений в оптических спектрах Pr3+ при температурах ниже TN рассмотрен гамильтониан обменного взаимодействия Pr-Fe, определенный семью параметрами. Применимость рассмотренной модели проверена путем сравнения вычисленной температурной зависимости магнитной восприимчивости с экспериментальными данными [3-4].

3. Методами спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) и широкодиапазонной оптической Фурье-спектроскопии исследованы структурные изменения в ферроборатах европия, самария и празеодима. Найдено, что PrFe3(BО3)4 и SmFe3(BО3)4 имеют структуру R32 высокотемпературной фазы вплоть до самых низких температур (1.7 К), а EuFe3(BО3)4 претерпевает структурный фазовый переход при 58 К [5-8].

4. Продолжено комплексное исследование свойств хромовых боратов RCr3(BO3)4 R=Sm, Ho, Dy на вновь выращенных и хорошо охарактеризованных образцах [9].

1. M. N. Popova, T. N. Stanislavchuk, B. Z. Malkin, L. N. Bezmaternykh, Breaking of the selection rules for optical transitions in the dielectric PrFe3(BO3)4 crystal by the praseodymium-iron exchange interaction. Phys. Rev. Lett., 102 (2009) 187403.

2. М.Н.Попова, Т.Н.Станиславчук, Б.З.Малкин, Л.Н.Безматерных, Новый эффект:

возгорание запрещенных спектральных линий при магнитном фазовом переходе PrFe3(BO3)4. Конференция «Сильно коррелированные электронные системы и квантовые критические явления», Тезисы конференции, Троицк, Московская. обл., Институт физики высоких давлений РАН, 18 июня 2009 г, c. 10.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

3. M. N. Popova, T. N. Stanislavchuk, B. Z. Malkin, L. N. Bezmaternykh, Optical spectroscopy of PrFe3(BO3)4: crystal-field and anisotropic Pr-Fe exchange interactions. Phys.

Rev. B, в печати.

4. М.Н. Попова, Т.Н. Станиславчук, Е.П. Чукалина, Б.З. Малкин, Л.Н. Безматерных, Исследование магнитной структуры и анизотропного обменного взаимодействия Pr-Fe в монокристалле PrFe3(BO3)4 методами оптической спектроскопии, Сборник трудов XXI Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах», Москва, 28 июня – 4 июля 2009 г., стр. 189.

5. E.P. Chukalina, M.N. Popova, L.N. Bezmaternykh, I.A. Gudim, Spectroscopic characterization of the new multifunctional material SmFe3(BO3)4, YUCOMAT-2009, Herceg Novi, Montenegro, August 31 - September 4, 2009. Book of Abstracts, p. 132.

6. M. N. Popova. Optical spectroscopy of low-dimensional rare-earth iron borates. J.

Magn. Magn. Mater, 321 (2009) 716.

7. M.N. Popova, Spectroscopy of new compounds from the family of rare-earth orthoborates, Journal of Rare Earths, 27 (2009) 607.

8. M.N. Popova, Spectroscopy of functional materials from the family of rare-earth orthoborates. XIX International School-Seminar “Spectroscopy of Molecules and Crystals”, Beregovoe, Crimea, Ukraine, 20–27 September 2009. Book of Abstracts, p. 73.

(Приглашенный доклад).

9. К.Н.Болдырев, Н.И.Леонюк, В.В.Мальцев, М.Королева. Магнитные фазовые переходы в редкоземельных хромовых ортоборатах RCr3(BO3)4. Сборник трудов XXI Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах», Москва, 28 июня – 4 июля 2009 г., с. 512.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.16. Исследование распространения магнитостатических спиновых волн в ферритовых пленках с структурированной металлизированной поверхностью

ИПТМ РАН

Структуры представляли собой прямоугольную решетку с периодом d2=100 мкм (см. рисунок).

При пропускании через антенну СВЧ тока неоднородное магнитное поле этого тока возбуждает магнитостатические спиновые волны, которые распространяются по пленке и принимаются второй антенной. Скорость МСВ различна в случае чистой поверхности пленки ЖИГ и в случае металлизированной поверхности (различные Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

коэффициенты преломления). Структурированная металлической пленкой поверхность пленки ЖИГ является двумерным магнонным кристаллом. Меняя магнитное поле от значения, соответствующего ферримагнитному резонансу, мы меняем волновой вектор К возбуждаемой спиновой волны. При совпадении длины спиновой волны с периодом решетки должно возникнуть отражение волны назад и ее поглощение.

На следующем рисунке представлен образец записи сигнала прохождение спиновых волн через линию задержки в зависимости от магнитного поля (величины волнового вектора спиновой волны)на частоте 3ГГц. В магнитном поле около 270 Эрстед наблюдается четкий минимум прохождение спиновых волн через структуру. Таким образом удалось наблюсти эффект магнонного кристалла на эпитаксиальной пленке ЖИГ со структурно – металлизированной поверхностью.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.17. Модификация свойств молекулярных наномагнитов семейства оксокарбоксилатных кластеров Mn12.

Участники проекта: Н.Г. Спицына, В.Д. Сасновская, Л.А. Кущ, Р.Б. Моргунов 1. Синтезированы высокоспиновые кластеры семейства оксокарбоксилатных кластеров Mn12: [Mn12O12(RCOO)16(H2O)4], где R = C6H5 (Mn12Bz), C6F5 (Mn12F5), и их молекулярные комплексы с фуллереном С60: Mn12F5C60 (1), Mn12BzC60 (2) [1, 2].

2. Исследованы магнитные свойства полученных соединений [1, 2]. Измерения проводились на микрокристаллических порошках c помощью сквид-магнетометра Quantum Design MPMS-XL-1. Магнитная восприимчивость в постоянном поле была измерена в диапазоне температур 1.76-300 К в поле 100 Эрстед. Полевые зависимости намагниченности исследовались в полях до 1 Тесла. Температурные зависимости произведения мТ (м - молярная магнитная восприимчивость) для кластеров Mn12Bz и Mn12F5 близки: при понижении температуры мТ (17.5 cm3 mol K при 300 К) слабо уменьшается до ~ 170 К, а затем возрастает, достигая максимума при 8 К (43 cm3 mol K) и 5 К (58 cm3 mol K) для Mn12Bz и Mn12F5, соответственно. Такое поведение мТ является типичным для мономолекулярных магнитов семейства оксокарбоксилатных кластеров Mn12. Комплексование Mn12Bz и Mn12F5 с С60 приводит к существенному снижению намагниченности (~ в 4 раза в максимуме), что, возможно, связано возникновением обменных взаимодействий между отдельными кластерами Mn12 через фуллереновые молекулы. Измерение температурной зависимости намагниченности в режимах охлаждения в поле (fc) и в нулевом поле (zfc) показало, что zfc и fc кривые для образцов Mn12F5, Mn12F5C60 и Mn12BzC60 начинают расходиться при Т ~ 3 K (температура блокирования намагниченности, ТB), тогда как для Mn12Bz ТB достигает ~ 16 K. Исследование полевых зависимостей намагниченности Mn12Bz при разных температурах подтвердило данные zfc - fc измерений. Кластер Mn12Bz ведет себя как мягкий ферромагнетик вплоть до 16 К (рис 1). Гистерезис исчезает при 3 К.

MT, emu*K / g Рис. 1. Полевые зависимости намагниченности при разных температурах (1.7, 2.5, 4.0, 7.0, 10.0, Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

Исследование полевых зависимостей намагниченности комплекса 1 показало, комплексование Mn12F5 с С60 приводит к изменению формы петли гистерезиса исходного кластера (рис. 2), что указывает на переход от мягкого ферромагнетика к жесткому. Вероятно, молекулы фуллерена обеспечивают обменные пути для взаимодействия между ионами Mn. Интересный эффект был обнаружен при исследовании комплекса 2. Кривая M vs. Н для образца Mn12BzC60 не возвращается к своей первоначальной точке после цикла измерений 1T - 1T 1Т. Намагниченность увеличивается с каждым циклом измерений (рис. 3). Выдержка образца в поле 10 кЭ в течение 10 часов приводит к постоянному возрастанию намагниченности.

M/Mmax Рис. 2. Полевые зависимости намагниченности для Рис. 3. Полевые зависимости намагниченности для 1. Zagainova V.S., Makarova T.L., Spitsina N.G., Yagubskii E.B. Magnetization training effect in fullerene-containing single molecular magnet, 9th Biennial International Workshop Fullerenes and Atomic Clusters, IWFAC'2009, St Petersburg, July 6-10, 2009, Russia. Book of abst., P.273.

2. Н.Г. Спицына, В.С. Загайнова, Т.Л. Макарова, Е.Б. Ягубский. Фуллеренсодержащие молекулярные магнетики семейства кластеров Mn12. XXI Международная конференция «Новое в магнетизме и магнитных материалах» ( HMMM - XXI ), 28 июня - 4 июля 2009 г., Москва, Россия. Сборник трудов, C.433-434.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.18. Структура и свойства низкоразмерных бифункциональных молекулярных материалов, сочетающих проводимость (или сверхпроводимость) и магнетизм.

Участники проекта: Хасанов С.С., Зорина Л.В., Симонов С.В., Зверев В.Н., 1. Проведено исследование нового класса гибридных кристаллов – молекулярных гетероструктур, которые формируется из регулярно чередующихся молекулярных слоев, несущих разные коллективные физические свойства:

проводимость (или сверхпроводимость) и магнетизм [1- 8].

2. Показано, что в структуре нового магнитного органического металла -( BEDT-TTF)2[Mn2Cl5(H2O)5] проводящие катион - радикальные слои чередуются со слоями полимерных металлокомплексных анионов [Mn2Cl5(H2O)5]-. Полимерная цепочка составлена из MnCl3(H2O)3 – и MnCl4(H2O)2 – октаэдров с общей вершиной. В этой зигзагообразной цепочке позиции атомов Mn формируют почти равнобедренные треугольники с Mn…Mn расстояниями 4.609, 4.640 и 4.824. Расстояние Mn…Mn между цепочками составляет 5.547. Электронная зонная структура, теоретически рассчитанная на основе полученных рентгеноструктурным данных, предполагает, что кристаллы должны быть стабильным двумерным металлом и транспортные измерения показали, что проводимость имеет металлический характер вплоть до 0.4 К. Двумерный характер проводимости подтвержден измерениями осцилляций Шубникова-де Гааза монокристаллов. Осцилляции, наблюденные при B >10 T, характеризуются присутствием двух фундаментальных частот, соответствующих поперечным сечениям поверхности Ферми в согласии с вычисленной электронной зонной структурой.

Магнитные измерения выявили наличие антиферромагнитных корреляций в анионной подрешетке[1,4 ].

3. Низкотемпературное рентгендифракционное исследование парамагнитных металлов -(BEDT- TTF)4H3O[Fe(C2O4)3] (BN0.35CB0.65) (1) и -(BEDTTTF)4H3O[Fe(C2O4)3] (BN0.23 BB0.77) (2) дали возможность определить структурную природу свойственных им фазовых переходов. Было установлено, что в этих кристаллах при температуре 240-250 К происходит понижение симметрии от моноклинной до триклинной, которое сопровождается упорядочением в анионной подсистеме и слабым перераспределением заряда в проводящих катион-радикальных слоях. Однако кристаллы не теряют свои металлические свойства при низких температурах [5,8].

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

Список основных публикаций по проекту 2009 г.

1. L. V. Zorina, T. G. Prokhorova, S. S. Khasanov, S. V. Simonov, V. N. Zverev, A. V.

Korobenko, A. V. Putrya, V. S. Mironov, E. Canadell, R. P. Shibaeva, E. B. Yagubskii “A new hybrid molecular metal assembling a BEDT-TTF conducting network and the magnetic chain anion [Mn2Cl5(H2O)5]-:

-(BEDT-TTF)2[Mn2Cl5(H2O)5]” CrystEngComm, 2009, 11, 2102-2109.

2. Л.В. Зорина, С.В. Симонов, С.С. Хасанов, Р.П. Шибаева «Псевдополиморфизм, сверхструктура и фазовые переходы в кристаллах семейства молекулярных проводников (BEDT-TTF)4[MNOX5]2-xGx, где M = Os, Ru; X = Cl, Br; G – молекула растворителя» Журнал структурной химии, 2009, Т. 50, С. S159-S165.

3. А.В. Казакова, Н.Д. Кущ, Л.И. Буравов, Э.Б. Ягубский, С.В. Симонов, Л.В.

Зорина, С.С. Хасанов, Р.П. Шибаева, J. Yamada, M. Umemiya « Новые молекулярные магнитные металлы:

-(BDH-TTP)4CuCl4·(H2O)n и -(BDHTTP)2[CuCl4]0.67·(H2O)0.33» Изв. РАН (сер. Химия), в печати 4. V. Zverev, A. Korobenko, T. Prokhorova, L. Zorina, S. Khasanov, S. Simonov, A.

Putrya, V. Mironov, E. Canadell, R. Shibaeva, E. Yagubskii “ Magnetotransport Properties of a New Hybrid Metal -(BEDT-TTF)2[Mn2Cl5(H2O)5]” 8th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Ferromagnets, ISCOM’09, Japan, 2009, 12-17 September, p.156.

5. S. Khasanov, L. Zorina, S. Simonov, T. Prokhorova, L. Buravov, R. Shibaeva, E.

Yagubskii“ Structural Phase Transition in Paramagnetic Molecular Conductors BEDT-TTF)4(H3O)[Fe(C2O4)3]G, where G=PhCl and [(PhCl)0.66 (PhCN)0.34]” 8th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Ferromagnets, ISCOM’09, Japan, 2009, 12-17 September, p.274.

6. E. Yagubskii, N. Kushch, M. Kartsovnik, S. Khasanov, O. Vyaselev, R. Shibaeva, L.

Ouahab “Magnetic Superconductor Based on BETS Radical Cation Salt with Polymeric Dicyanamidomanganate (II) anion:

-(BETS)2Mn[N(CN)2]3” 8th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Ferromagnets, ISCOM’09, Japan, 2009, 12-17 September, p.44.

7. V.N. Zverev, N.Kushch, E.Yagubskii, L. Buravov, S. Khasanov, R. Shibaeva, M.

Kartsovnik, W. Biberakher “Crystal structure, T- P phase diagram and magnetotransport properties of new organic metal k-(BETS)2Mn(N(N(CN)2)3” The I.F. Schegolev Memorial Conference “Low-Dimensional Metallic and Superconducting Systems”, Chernogolovka, Russia, October 11-16, 2009, p.00.

8. L. Zorina, T. Prokhorova, S. Simonov, S. Khasanov, L. Buravov, V. Zverev, A.

Korobenko, R. Shibaeva, E. Yagubskii “The (BEDT-TTF)4(H3O)[Fe(C2O4)3]G family: new phases with different guest solvent molecules G, phase transitions and structure-properties relations” The I.F. Schegolev Memorial Conference “LowDimensional Metallic and Superconducting Systems”, Chernogolovka, Russia, October 11-16, 2009, p.00.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.20. Изучение эффектов спиновой поляризации магнитных примесей и электронного остова в кондо- полупроводниках.

КФТИ КНЦ РАН

Для решения поставленной в проекте задачи была продолжена работа по изучению магнитного фазового расслоения в гексбориде европия EuB6 методом электронного парамагнитного резонанса.

1. Согласно плану, в 2009 году проведено изучение вопроса о существовании анизотропии намагниченности монокристалла гексаборида европия.

Для этой цели были выращены монокристаллы EuB6 различной кристаллографической ориентации и для каждого из кристаллов проведено исследование намагниченности образцов в широком интервале температур (10-300К).

Найдено, что ниже температуры 40К - температуры магнитного фазового расслоения - наблюдается анизотропия эффективной намагниченности ( максимальная намагниченность при направлении [111], минимальная- при [110]), т.е. зависимость намагниченности от направления кристаллографических осей по отношению к магнитному полю [1,2].

Установлено, что температурная динамика магнитного фазового расслоения зависит от ориентации внешнего магнитного поля относительно кристаллографических осей монокристаллов EuB6. Это происходит вследствие формирования связанных состояний магнитных моментов ионов Eu2+ с электронами проводимости и валентными электронами (дырками). Взаимодействие носителей заряда с локализованными магнитными моментами (s-f гибридизация) в гексабориде европия сопровождается само-локализацией свободных носителей заряда и формированием магнитных поляронов (ферронов) двух типов. Очевидно, что в этом случае большую роль приобретают орбитальные эффекты. Вследствие этого поляризация поляронов в магнитном поле зависит от его направления относительно кристаллической оси.

На основании полученных данных о намагниченности вдоль различных кристаллографических направлений построена диаграмма направленности намагниченности в гексабориде европия, которая, по всей видимости, несет в себе информацию о распределении орбитального момента носителей заряда.

2 Проведено также исследование методом ЭПР монокристаллов EuB6, легированных ионами углерода разной концентрации и выращенных разными методами [3].

Установлено существование, как и в чистом EuB6, магнитного фазового расслоения, которое, по-видимому, обязано кондо и анти-кондо связыванию магнитных моментов с носителями тока (электроны проводимости и дырки).

Установлено, что в зависимости от концентрации углерода меняется соотношение магнитных фаз.

Установлено, что легирование гексаборида европия углеродом меняет тип упорядочения ионов европия.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

По результатам исследований EuB5.93C0.07. в ближайшее время будет подготовлена статья.

1. T.S. Altshuler, Yu.V. Goryunov, N.Yu. Shitsevalova, A. Dukhnenko. Effect of Anisotropy in Temperature Dynamics of Magnetic Phase Separation in Europium Hexaboride, Physica B, 2009 ( в печати) 2. Yu.V. Goryunov, N.Yu. Shitsevalova, A. Dukhnenko. Effect of Anisotropy in Temperature Dynamics of Magnetic Phase Separation in Europium Hexaboride, The International Conference on Magnetism - ICM 2009, Karlsruhe, Germany July 26-31, 2009, Abstracts, p. 3. T.S. Altshuler, N.Yu. Shitsevalova, A. Dukhnenko. Magnetic Phase Separation and Magnetic Ordering in EuB5.93C0.07. The International Conference on Magnetism – ICM 2009, Karlsruhe, Germany, July 26-31, 2009, Abstracts, p. Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

9.21. Магнитооптические исследования магнитной структуры и кинетики перемагничивания лантан-стронциевых манганитов.

Участники проекта: П.П. Василевский, И.С. Вещунов, А.Ф. Гануш, И.В. Курбатова, 1. Изучена кинетика перемагничивания ультратонких плёнок манганита лантана La0.7Sr0.3MnO3 выращенных магнетронным распылением на подложках LaAlO3.

Обнаружено существование двух магнитных фаз, реализующихся в плёнках в зависимости от магнитной предыстории и условий охлаждения от температуры Кюри, и характеризующихся различными направлениями спонтанной намагниченности, ориетированной либо вдоль оси [001], либо вдоль осей типа [1,2,3]. Показано, что магнитная фаза с ориентацией намагниченности вдоль [001] является метастабильной, обусловленной напряжениями на интерфейсе плёнка-подложка, в то время как фаза с намагниченностью вдоль является энергетически более выгодной, стабильной фазой.

2. Определены динамические характеристики перемагничивания плёнок манганита лантана вблизи комнатной температуры [3,4,5,6]. Установлен активационный характер перемагничивания, определены активационные объемы, магнитная вязкость, скорости движения доменных границ, изучена природа магнитного последействия.

3. Изучена трансформация магнитной доменной структуры плёнок манганита лантана с температурой и трансформация структуры междоменных границ с температурой [7,8]. Показано, что при всех температурах от 10 К до 330 К наиболее устойчивой является структура с намагниченностью в доменах, ориентированной в плоскости плёнок вдоль направлений, ширина доменов при этом достигает нескольких миллиметров. Однако вид доменных границ изменяется с температурой, типичные для тонких плёнок тонкие 180-градусные «head-to-head» зигзагообразные доменные границы спрямляются с понижением температуры до 150 К - 200 К, а затем трансформируются в диффузные границы, ширина которых достигает сотни микрон при температуре ниже 70 К, что является, по-видимому, следствием возрастающих с понижением температуры напряжений на интерфейсе плёнка-подложка.

4. Начато исследование трансформации магнитной доменной структуры объёмных монокристаллов манганита-лантана при равновесном и неравновесном отжиге и корреляции магнитной структуры с проводящими свойствами материала и магнитосопротивлением [9,10]. Впервые удалось визуализировать субмикронную доменную структуру и её трансформацию при отжиге. Обнаружено, что даже низкотемпературный отжиг (ниже 400оС) значительно влияет на магнитную структуру материала, на магнитные характеристики материала и на магнитосопротивление. При этом магнитные характеристики материала улучшаются, т.е. коэрцитивность падает, магнитная проницаемость растет, температура перехода в ферромагнитное состояние повышается, домены укрупняются, и одновременно растёт эффект отрицательного магнитосопротивления, что противоречит существующим представлениям. Для понимания природы обнаруженных эффектов необходимы дальнейшие исследования.

Магнитоупорядоченные состояния в полупроводниках и структурах на их основе.

5. Начаты исследования магнитного упорядочения лантан-стронциевых манганитов при изовалентном, дырочном и электронном допировании манганита с замещением ионов Mn+3 ионами Ni+2, Ti+4. Установлено, что замещение на уровне 0. приводит к изменению типа кристаллической структуры с R3c на Pnma, к появлению фазового расслоения на Pnma1 и Pnma2, и к разительному изменению проводящих свойств манганита, к усилению эффекта колоссального магнитосопротивления и расширению температурного диапазона, где эффект наблюдается. Особенно удивительными представляются предварительные результаты, касающиеся наблюдающегося при этом изменения типа зарядового упорядочения ионов Mn:

замещение трехвалентных ионов двухвалентными ионами, как и замещение четырёхвалентными ионами приводит к уменьшению концентрации ионoв Mn+4. Для окончательных выводов необходимы дальнейшие исследования.

1. Л.С. Успенская, И.В. Курбатова, Т. Нургалиев, С. Митева. Кинетика перемагничивания тонкой пленки манганита La0.7Sr0.3MnO3. Известия РАН, сер.физич., 2009, т. 73, в.8, стр. 1172– 2. T. Nurgaliev, E. Mateev, B. Blagoev, S. Miteva, L. Neshkov, V. Strbik, L.S.

Uspenskaya, S. Benacka, S. Chromik, I. Nedkov. YBCO and LSMO nano-films and sandwiches prepared by magnetron sputtering. J.Phys: Conf. Ser. (в печати).

3. L S Uspenskaya, T Nurgaliev and S Miteva. Magnetization reversal of thin La0.7Sr0.3MnO3 manganite films grown on LaAlO3. J. Phys. D, 2009, v.42 р. 185006.

4. L. Uspenskaya, T. Nurgaliev, S. Miteva. Domain wall dynamics in ultra thin manganite film. J.Phys: Conf. Ser. (в печати).

5. L.Uspenskaya, T.Nurgaliev, S.Miteva. Domain wall dynamics in ultrathin manganite film. Труды международной конференции «Functional materials”, Crimea, стр. 6. L. Uspenskaya, T. Nurgaliev, S. Miteva. Domain wall dynamics in ultra thin manganite film.

Abstract

book of International Conference on Magnetism, Karlsrue, p.190.

7. L. Uspenskaya, T. Nurgaliev, S. Miteva. Temperature dependence of magnetization reversal of thin manganite film. Acta Phys Pol A (в печати).

8. L. Uspenskaya, T. Nurgaliev, S. Miteva, Variation of magnetic domain structure of thin manganite film with temperarture. Труды International Scientific Workshop «Oxide Materials for Electronic Engineering – fabrication, properties and application», L’viv, стр. 9. Л.С. Успенская, И. Вещунов, Д.А. Шулятев. Влияние отжига на электросопротивление La0.75Sr0.25MnO3 в переменном электрическом поле. Труды второго международного симпозиума «Среды со структурным и магнитным упорядочением», Ростов-Дон – Лоо, стр.168- 10. L.S. Uspenskaya, I. Veshunov, D.A. Shulyatev, Magnetic domain structure and colossal magnetoresistance in manganites. Труды International Scientific Workshop «Oxide Materials for Electronic Engineering – fabrication, properties and application», L’viv, стр. Нанокристаллические и нанокластерные материалы, включая углеродные материалы 10.2. Люминесцентные свойства гетерогенных нанотетраподов.