Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1. Измерены термодинамические свойства синтетических аналогов говардевансита, LiCuFe2(VO4)3 и NaCuFe2(VO4)3: магнитная восприимчивость, теплоёмкость и диэлектрическая проницаемость в широком интервале температур и магнитных полей. Установлены сходства и различия в их макро- и микро- магнитном поведении, связанном с кристаллохимическими особенностями немагнитной подрешетки. Установлено, что диэлектрическая проницаемость для NaCuFe2V3O12 не содержит аномального поведения, плавно убывая до самой низкой температуры измерений. Температурные зависимости магнитной восприимчивость и теплоемкости демонстрируют плавные максимумы при температуре около 6 ± 8 К, которые характерны для поведения спинового стекла. В то время, как для LiCuFe2V3O12 наблюдалась особенность релаксационного типа в диэлектрической проницаемости при T * ~ 30 K, за которой следует острый пик при TN2 = 9,8 K и ступенчатая особенность при TN1 = 8,2 K. Резкие аномалии при низких температурах также отмечены аномалиями в кривых магнитной восприимчивости и теплоемкости что позволяет говорить о возникновении сегнетоэлектричества, индуцированного спиновым упорядочением, т.е. формировании мультиферроика типа II для Li-аналога говардевансита. Структурное сходство исследованных соединений раскрывается при применении резонансных методов в различных временных масштабах. Эволюция при изменении температуры спектров ядерного магнитного резонанса 7Li и 23Na и ширины линии указывают на неоднородное распределение магнитных моментов. Электронный парамагнитный резонанс и мессбауэровская спектроскопия свидетельствуют о сходстве соединений Li и Na. Кроме того, расчеты из первых принципов подтверждают идею одинаковой иерархии параметров обменного магнитного взаимодействия в ACuFe2V3O12 (A = Li, Na). Кажущееся отсутствие мультиферроэлектричества в NaCuFe2V3O12, наблюдаемое в измерениях на объёмных образцах, является размерным эффектом, обусловленным меньшей подвижностью ионов Na в каналах кристаллической структуры по сравнению с подвижностью ионов Li. 2. Проведена работа по характеризации магнитных и термодинамических свойств ранее неизученного соединения LiCu2(VO4)(OH)2. Установлено, что данное соединение является одним из редких примеров реализации модели альтернированной спиновой цепочки S=1/2 с чередованием АФМ и ФМ обменных взаимодействий. Показано, что наличие обменного взаимодействия между спиновыми цепочками ниже TN = 10K привело к магнитному упорядочению в LiCu2(VO4)(OH)2 с переходом магнитной подсистемы в геликоидальную несоизмеримую фазу. Параметры обменного взаимодействия в LiCu2(VO4)(OH)2 занимают промежуточное состояние между высокоэнергетичными в BaCu2V2O8 и низкоэнергетичными в (CD3)2NH2CuCl3, что позволит заполнить экспериментальные пробелы для построения теоретических моделей. 3. Для синтетических аналогов минерала францисита, Cu3Nd(SeO3)2O2X (X=Cl, Br), были проведены измерения AC и DC магнитной восприимчивости, намагниченности и теплоемкости. Обнаружены два фазовых перехода – антиферромагнитное упорядочение в подсистеме меди и спин-переориентационный переход под воздействием анизотропии редкоземельных ионов. Определены параметры закона Кюри-Вейсса. На полевых зависимостях намагниченности обнаружены метамагнитные переходы и область спонтанной намагниченности. Построены магнитные фазовые диаграммы, на которых выделены четыре области: парамагнитная при T > TN, антиферромагнитная при TR < T < TN в магнитных полях B < Bm, скошенная ферромагнитная при TR < T < TN в полях B > Bm, и переориентированная антиферромагнитная при T < TR. Спин-переориентационный фазовый переход при отсутствии внешнего магнитного поля вблизи температуры жидкого гелия может привести к усиленному широкополосному поглощению микроволнового излучения, аналогичному тому, что наблюдается в висмутовом францисите при метамагнитном фазовом переходе. 4. Изучены термодинамические свойства новой полиморфной разновидности β-CsMnPO4 в измерениях намагниченности и теплоемкости. Установлено формирование дальнего антиферромагнитного порядка в β-CsMnPO4 при TN = 4.5 K и наличие слабой ферромагнитной компоненты в намагниченности образца.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1.Были измерены физические свойства синтетических аналогов говардевансита, LiCuFe2(VO4)3 и NaCuFe2(VO4)3 термодинамическими и резонансными методами: магнитная восприимчивость, теплоёмкость, диэлектрическая проницаемость в широком интервале температур и магнитных полей, спектры ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, а также мессбауэровской спектроскопии. По сравнению с объемными методами вроде измерений магнитной восприимчивости «мгновенные» снимки резонансными методиками вроде ЯМР, ЭПР или мессбауэровской спектроскопии показывают внутреннее сходство обоих соединений, подтвержденное расчетами из первых принципов, выполненными для равномерного распределения щелочных ионов. Установлено, что отсутствие магнитоэлектрических эффектов в NaCuFe2(VO4)3, которое подтверждается измерениями термодинамики, является следствием эффектов беспорядка, связанных с более низкой подвижностью ионов Na+ внутри каналов кристаллической структуры по сравнению с подвижностью ионов Li+, тем самым представляя пока что игнорируемую степень свободы для настройки мультиферроэлектрического эффекта. Неэквивалентные магнитные позиции с конкурирующими обменными взаимодействиями в этих системах приводят к значительной фрустрации, проявляющейся в спиновых корреляциях ближнего порядка в широком температурном диапазоне выше температуры перехода, что и является причиной нетривиальных магнитных свойств в этих системах. Опубликована статья в Journal of Alloys and Compounds (Q1) https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925838820321277?via%3Dihub 2.Были впервые проведены измерения термодинамических и резонансных свойств, а также спектров поглощения рентгеновских лучей вблизи краевой структуры и расчеты электронной структуры безводного нитрата кобальта Co(NO3)2 с «треугольным» мотивом ионов кобальта в кристаллической структуре. Магнитные свойства соединения ранее не были изучены. На основе полученных экспериментальных данных, а также теоретических расчетов на основе теории функционала плотности, нами было предсказано, что магнитное основное состояние Co(NO3)2 представляет собой неколлинеарную инвертированную конфигурацию зонтичного типа. Опубликована статья в Physical Review B (Q1) https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.102.094429 3. Были впервые проведены измерения магнитных свойств нового соединения Fe(Te1.5Se0.5)O5Cl. Было показано, что за наблюдаемые в виде корреляционного максимума на температурной зависимости магнитной восприимчивости при 70 К спиновые корреляции ближнего порядка ответственны димеры Fe3+, внутридимерное обменное взаимодействие между которыми составило J1 = 28 К. Установлено, что при TN = 22К соединение испытывает антиферромагнитное упорядочение со слабым спонтанным магнитным моментом. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало, что за спонтанный момент отвечает небольшой подкос в 0.02ͦ между АФМ-спинами, вызванный спин-орбитальным взаимодействием. Моделирование магнитной структуры также показало важность диполь-дипольных взаимодействий между спиновыми моментами ионов Fe3+ в экспериментально наблюдаемом выборе легкой оси намагничивания в плоскости ас. Расчеты из первых принципов позволили оценить магнитные обменные взаимодействия и построить магнитную модель упорядоченного состояния в Fe(Te1.5Se0.5)O5Cl, величина внутридимерного обменного взаимодействия при этом хорошо согласуется с экспериментальными оценками. Опубликована статья в Physical Review B (Q1) https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.102.214405 4. Были детально изучены локальная структура и магнитные взаимодействия в Fe2O(SeO3)2 с помощью измерений термодинамических свойств, мессбауэровской спектроскопии и расчётов из первых принципов. Установлено, что при температуре TN=105K Fe2O(SeO3)2 испытывает переход к дальнему магнитному порядку, что подтверждается в измерениях намагниченности, теплоёмкости и мессбауэровских спектров. Наблюдаемый на полевых зависимостях спин-флоп переход предполагает преобладание антиферромагнитных взаимодействий в магнитной подсистеме. Пониженная размерность магнитной подсистемы проявляет себя в виде корреляционного максимума на температурной зависимости магнитной восприимчивости, который сменяется магнитным упорядочением при температуре TN. При повышении температуры выше T*=90K и при приближении к TN спины Fe начинают прецессировать со скоростью, которая ниже предела для мессбауэровского окна 57Fe (~7.8*10-8с). Это критическое замедление ниже температуры упорядочения подтверждает низкоразмерное и фрустрированное поведение данной системы. Таким образом, результаты сравнения обменных интегралов из теоретических расчётов с соответствующими эффективными параметрами, определёнными из анализа мессбауэровских спектров, предполагают неколлинеарную фрустрированную магнитную структуру в Fe2O(SeO3)2. Опубликована статья в Journal of Alloys and Compounds (Q1) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838819347954?via%3Dihub 5-6. Проведен обширный анализ литературных данных в рамках задачи по поиску новых соединений, проявляющих экзотические магнитные свойства и спиновую динамику низкоразмерных и фрустрированных квантовых магнетиков. Были освещены экспериментальные и расчетные данные, посвященных 1) новым геометрически фрустрированным квазидвумерным магнетикам на основе франциситов, а также 2) обширного семейства фосфатов переходных металлов с общей формулой M3(PO4)2 (M = Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn). Опубликованы две обзорные статьи в Journal of Alloys and Compounds (Q1) https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0925838820313918 и Успехи физических наук (Q1) https://ufn.ru/ru/articles/accepted/38773/ 7. Были исследованы температурные зависимости эластосопротивления двух соединений FeSe1−xTex (x≈0.4–0.5). Установлено, что для соединения с x≈0.4 эластосопротивление приблизительно следует закону 1/T, для x≈0,5 эластосопротивление меняет знак и может быть аппроксимировано суммой двух членов типа Кюри-Вейсса с противоположными знаками и разными критическими температурами. Мы связываем такое поведение с конкуренцией вкладов от разных долин в электронной структуре. Эти конкурирующие вклады могут появиться, так как состав нашего соединения близок к критической точке, при которой основное состояние 11 серии сверхпроводников на основе железа изменяется от электронного нематического к магнитному порядку. Опубликована статья в Europhysics Letters (Q2) https://iopscience.iop.org/article/10.1209/0295-5075/131/57001 8. Измерены впервые температурные зависимости магнитной восприимчивости и полевые зависимости намагниченности Pb2Cu10O4(SeO3)4Cl7. Установлено, что Pb2Cu10O4(SeO3)4Cl7 испытывает магнитное упорядочение при TN = 7.7 K, а также плато намагниченности, которое не завершилось полным насыщением даже в сверхсильных полях 55 Тл. 9. Была установлена магнитная фазовая диаграмма в теллуриде тербия TbTe3. Термодинамические измерения показали наличие двух магнитоупорядоченных состояний в нулевом поле и исследована их эволюция при приложении внешнего магнитного поля вдоль и перпендикулярно магнитной плоскости.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. В рамках этого проекта были всесторонне исследованы магнитные свойства нового слоистого Li0.8Ni0.6Sb0.4O2. Нестехиометрическая система Li0.8Ni0.6Sb0.4O2 представляет собой Li-дефицитную производную зигзагообразного антиферромагнетика Li3Ni2SbO6 с сотообразной организацией магнитной подсистемы ионов никеля. Исследования статической (dc) магнитной восприимчивости выявили наличие антиферромагнитного взаимодействия (Θ = −4 K) между спинами Ni2+ (S = 1), в то время как данные динамической (ac) восприимчивости подтвердили переход в состояние спинового стекла при температуре TSG ~ 8 К. Эти результаты однозначно подтверждаются отсутствием λ-аномалии на температурных зависимостях теплоемкости Cp(T) вплоть до 2 К. Более того, сочетание результатов исследования статической восприимчивости, теплоемкости и 7Li ЯМР указывает на сложную температурную трансформацию магнитной подсистемы в Li0.8Ni0.6Sb0.4O2. Мы наблюдаем развитие кластерного спинового стекла, в котором магнитные моменты ионов Ni2+ демонстрируют двумерную коррелированную медленную короткодействующую динамику уже при 12 К, в то время как образование трехмерных короткодействующих статических упорядоченных кластеров происходит намного ниже температуры замерзания спинового стекла при T ~ 4 K, как это видно из спектров 7Li ЯМР. Опубликована статья в Materials https://doi.org/10.3390/ ma14226785. 2. В ходе выполнения проекта на основе данных рентгеновской дифракции изучена кристаллическая структура новой полиморфной разновидности KCoPO4, синтезированной в гидротермальных условиях. Показано, что сильные псевдопериоды b/2 и c/6 большой элементарной ячейки возникают из-за распределения атомов Co, K и P в кристаллической структуре и нарушаются положением атомов O. Измерены магнитные и термодинамические свойства δ - KCoPO4. Установлено, что соединение δ - KCоPO4 магнитно упорядочивается при TN=24.8 K. Опубликована статья в Inorganic Chemistry https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.1c00580. 3. В рамках проекта была проведена работа по более подробному рассмотрению и характеризации структуры и магнитных свойств минерала хлороменита с составом Cu9O2(SeO3)4Cl6, проявляющего диэлектрическую аномалию при TE = 267 K и антиферромагнитный фазовый переход при TN = 37 К. Было установлено, что структура минерала обладает меньшей симметрией, что может быть связано с диэлектрической аномалией. При этом оптические фононы свидетельствуют о более сложном взаимодействии решетки со спиновыми степенями свободы, например расщепление фононных мод, связанное с дальним порядком, наблюдается только ниже 16 К. Диэлектрическая аномалия связана с ангармонизмом фононов, т.е. распадом оптического фонона при q ≈ 0 на две или более акустических моды с q не равным 0. Этот процесс чувствителен к эффектам, которые также включают эффекты корреляции ближнего действия, а потому наблюдение такой последовательности короткодействующих флуктуационных эффектов указывает на существование конкурирующих взаимодействий или почти вырожденных энергетических масштабов в соответствии с расчетами из первых принципов. Существование довольно высокого энергетического масштаба магнитного обмена (J5 = 335 K внутри димера) также подтверждается асимметричной формой линии Фано фонона при 390 см-1, поскольку эта аномалия предполагает перекрытие энергетических масштабов. С другой стороны, мы наблюдаем минимум параметра асимметрии p при 100 K, что намного выше TN. Это означает, что заселение или сокращение фононов в этом температурном диапазоне также влияет на магнитную подсистему. Подводя итог, можно сказать, что наблюдаемая дихотомия энергетических масштабов с аномалиями как при высоких, так и при низких температурах, безусловно, является изюминкой систем с конкурирующими взаимодействиями. Опубликована статья в Journal of Alloys and Compounds https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.162291. 4. В рамках проекта была проведена работа по измерению и характеризации магнитных и термодинамических свойств соединения Sr2Ni(SeO3)2Cl2, гейзенберговских антиферромагнитных спиновых цепочек со спином 1. Было установлено, что ниже TN = 6 K в соединении проявляется антиферромагнитное упорядочение. Новое соединение позволит заполнить экспериментальные пробелы в области построения теоретических моделей для квазиодномерных спиновых цепочек. Oпубликована статья в журнале Scientific Reports https://doi.org/10.1038/s41598-021-94390-3. 5. В этом проекте мы изучали кристаллы FeSe1-xTex с x < 0,15. Наше исследование показывает, что фазовое расслоение в этих составах происходит на фазы с различной стехиометрией железа. Такое фазовое расслоение может свидетельствовать о структурной нестабильности плоскости железа в исследованном диапазоне составов. Мы предварительно предлагаем объяснение структурной нестабильности плоскости железа в исследованных слоистых соединениях возможным изменением полярности связи и особенностями прямого d-d обмена в плоскости железа в рамках феноменологического описания на основе кривой Бете-Слейтера. При таком подходе, когда расстояние между атомами железа близко к значению, при котором меняется знак магнитного обмена для некоторых d орбиталей, может возникнуть структурная и электронная нестабильность. Аномалии в кристаллическом поле вблизи точки зарядовой нейтральности также могут быть существенным компонентом этой нестабильности. Опубликована статья в Superconductor Science and Technology https://doi.org/10.1088/1361-6668/ac3e55.