• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
22 января
ФизТех
155

Квантовые корреляции определили магнитные свойства полуметаллов

4.4

Российский ученый, работающий в Центре фотоники и 2D-материалов МФТИ, а также в Институте физики металлов Уральского отделения РАН, представил новое исследование, посвященное магнитным свойствам полуметаллов, в частности, диоксида хрома (CrO2).

Кристаллическая решетка диоксида хрома / © Авторский контент Ben Mills

Работа опубликована в журнале Physical Review B и содержит важные результаты, касающиеся обменных взаимодействий в парамагнитной фазе диоксида хрома.

Полуметаллы представляют собой материалы, в которых один из спиновых уровней Ферми находится в зоне проводимости, а другой — в энергетической щели между заполненной и пустой зонами. Это делает такие вещества носителями промежуточных свойств между металлами и неметаллами. Кроме того, полуметаллы представляют собой важный класс магнитных материалов, обладающих уникальными свойствами, которые делают их перспективными для применения в различных областях, включая электронику и магнетизм. Диоксид хрома является одним из наиболее известных полуметаллов, обладающим высоким магнитным моментом и температурой Кюри около 390 K. Однако до настоящего времени существовало множество вопросов относительно механизмов магнитного обмена и влияния корреляционных эффектов на магнитные свойства этого материала.

Целью исследования главного научного сотрудника лаборатории компьютерного дизайна материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, а также профессора кафедры физики и технологии наноструктур МФТИ Андрея Катанина было изучение магнитных свойств диоксида хрома с использованием комбинированного подхода, который включает в себя моделирование методом теории функционала плотности и динамической теорией среднего поля. В работе удалось выяснить, насколько хорошо можно описать магнитные свойства диоксида, начиная с парамагнитной фазы, и оценить влияние обменных взаимодействий и дисперсии магнонов на эти свойства.

Метод теории функционала плотности использовался для расчета структуры и свойств рассматриваемого материала. Затем была применена динамическая теория среднего поля для учета квантовых корреляционных эффектов. Исследование подтвердило, что магнитные свойства CrO2 можно хорошо описать, начиная с парамагнитной фазы, что указывает на тесную связь между свойствами в ферромагнитной и парамагнитной фазах.

В исследовании использовались 3-, 5-, и 11-орбитальные модели. Первые две модели учитывают только состояния хрома и низкоэнергетические возбуждения электронов, связанных с атомами кислорода, в то время как 11-орбитальная модель полностью учитывает валентные состояния кислорода и хрома. Наилучшие результаты были получены в рамках низкоэнергетической 5-орбитальной модели, которая соответствует механизму двойного обменного взаимодействия. Эта модель дает положительные дисперсии магнонов и близкую к экспериментальной оценку температуры Кюри, хотя последняя все еще получается несколько завышенной по отношению к экспериментальным данным.

Завышение температуры Кюри связано с предполагаемой формой кулоновского взаимодействия, наличием магнитных фрустраций и другими факторами. В работе было показано, что рассматриваемый подход позволяет правильно описать экспериментальные данные для спин-волновой жесткости. Проведенное исследование также демонстрирует образование локальных магнитных моментов в диоксиде хрома за счет обменного взаимодействия Хунда и их двойного обменного взаимодействия даже в парамагнитной фазе.

Для выяснения причин лучшей применимости 5-орбитальной модели в работе рассмотрено влияние нелокальных взаимодействий за пределами локального приближения динамической теории среднего поля. Удивительным образом адекватность 5-орбитальной модели для описания диоксида хрома связана с особенностями зарядового состояния атомов хрома, на которых находится в среднем 2–3 электрона вместо ожидавшихся на основании зонного расчета четырех электронов, что связано с кулоновским отталкиванием между электронными состояниями кислорода и хрома. Таким образом, в дополнение к особенностям магнитных свойств найдена их тесная связь с зарядовым состоянием атомов хрома.

«Исследование подчеркивает важность учета корреляционных эффектов и гибридизации в понимании магнитных свойств полуметаллов, таких как CrO2, Интересно, что уже после публикации работы обнаружились старые экспериментальные данные (на которые почему-то раньше не обращали внимание), подтверждающие вывод о важности зарядового состояния ионов хрома и его тесной связи с механизмом двойного обмена.

Дальнейшее рассмотрение этих эффектов, например, в рамках кластерных методов или нелокальных расширений динамической теории среднего поля может еще улучшить результаты используемой модели. Экспериментальные и теоретические исследования формы дисперсии магнонов и ее эволюции от низкотемпературного до высокотемпературного предела представляют определенный интерес. Также в будущем было бы интересно рассмотреть магнитные свойства CrO2 с полным SU(2) симметричным кулоновским взаимодействием», — рассказал Андрей Катанин, главный научный сотрудник лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ.

Использованный в работе подход позволяет получить более точные результаты и лучше понять механизмы магнитного обмена, что является важным для разработки новых магнитных материалов. Результаты исследования могут быть применены в различных областях, включая разработку новых магнитных материалов для использования в устройствах хранения данных, углубление понимания механизмов магнитного обмена и создание более эффективных магнитных систем.

Проведенная работа открывает новые перспективы для дальнейших исследований, включая организацию дополнительных экспериментов по изучению магнонной дисперсии и ее эволюции от низких до высоких температур, а также разработку более точных моделей для описания магнитных свойств CrO2 с учетом нелокальных взаимодействий.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 21:01
Юлия Трепалина

В прошлых исследованиях о скулшутинге в Соединенных Штатах некоторые эксперты называли основной причиной случаев массовой стрельбы в учебных заведениях наличие большого количества легальных «стволов» на руках у людей. Но в подобных работах редко систематически анализировали роль огнестрельного оружия в жизни школьных стрелков. По мнению профессора социологии Энн Нассауер из Эрфуртского университета (Германия), эта деталь роднит большинство совершавших такого рода нападения в США.

Вчера, 19:20
Березин Александр

Западные колонии финикийцев включали сильнейшую морскую державу древнего Средиземноморья — Карфаген. Его жители использовали финикийский язык и поклонялись соответствующим богам. Теперь генетики заявили, что практически все эти люди — не потомки финикийских колонистов. Происхождение их в связи с этим довольно загадочно.

Вчера, 14:46
Юлия Трепалина

Многие, наверное, слышали фразу «Между ними возникла „химия“». Поясняя смысл выражения, часто говорят, что любовная химия между мужчиной и женщиной — это нечто сложное и с трудом поддающееся определению. Однако ученые не любят такой неясности, поскольку она мешает исследовать явление. Недавно группа психологов с помощью опроса выяснила основные компоненты взаимного влечения в паре, которое принято называть романтической, или любовной, химией.

20 апреля
Полина Меньшова

Распространено мнение, что, чем чаще пара занимается сексом, тем сильнее каждый из партнеров доволен отношениями. Международная команда исследователей проверила этот тезис.

18 апреля
Игорь Байдов

В 2006 году исследователи из Великобритании объявили, что легендарный антикитерский механизм, древнегреческий «компьютер», мог быть всего лишь игрушкой для демонстрации астрономических явлений. Авторы нового исследования подтвердили это, построив математическую модель на основе данных своих коллег, которая показала, что шестерни устройства заклинивало при запуске. Но несмотря на полученные результаты, ученые пытаются спасти репутацию древнего чуда техники, обвинив предыдущую команду в ряде ошибок.

18 апреля
Любовь

Примерно 41-42 тысячи лет назад на Земле произошел кратковременный сдвиг магнитных полюсов, который мог способствовать вымиранию неандертальцев, но не Homo sapiens — их выживание авторы нового исследования связали с появлением теплой одежды и добычей охры.

8 апреля
Березин Александр

До 13 тысяч лет назад в Северной Америке жил вид, который ученые до недавнего времени считали волком. Компания Colossal Biosciences объявила о возрождении этого вымершего вида, но биологические детали ставят ее заявление под серьезное сомнение.

2 апреля
Березин Александр

Известный американский отраслевой обозреватель Эрик Бергер взял интервью у экипажа космического корабля Boeing, из-за технических проблем которого два астронавта задержались на орбите на девять месяцев вместо одной недели. Детали, которые они озвучили, указывают на серьезные проблемы Starliner, о которых ранее умалчивали. Люди провели немало времени при глубоко нештатной температуре. При слегка другом сценарии миссии экипаж корабля мог погибнуть. Официальные заявления NASA и Boeing сразу после июньского полета к МКС, судя по интервью, были заведомо неправдивыми.

16 апреля
Андрей

Многие знают, как популярны сувениры из окаменелостей — зубы древних акул или полированные панцири аммонитов. Но чем реже встречаются такие артефакты, тем они ценнее, то есть на них можно много заработать. И это проблема для палеонтологов. Американский специалист по тираннозаврам оценил ущерб, который нанесла коммерческая добыча костей T. rex и подсчитал среднюю цену таких образцов. Оказалось, больше половины найденных тирексов находится в частных руках, а значит, для науки они недоступны или ненадежны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно