Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1) Было проведено исследование влияния диэлектрических и металлических подложек на электронную структуру и магнитные свойства двумерного магнетика CrI3. Для учета диэлектрических подложек применялся модельный параметр диэлектрического экранирования, в то время как металлические подложки явно учитывались во время моделирования. С точки зрения электронной структуры, взаимодействие с подложками всех типов не приводит к значительным изменениям в зонной структуре самого CrI3, и выражается, в основном, в незначительном изменении межзонных расстояний и небольшому сжатию самих зон. Результаты расчета магнитных обменных параметров CrI3 при взаимодействии с диэлектрическими и металлическими подложками демонстрируют немонотонную картину изменения температуры Кюри (Тс). При увеличении экранирования, вызванного подложками, Тс растет и достигает максимального значения, после чего начинает уменьшаться. Такое поведение вызвано нетривиальным изменением изотропных обменов для первой и второй координационных сфер атомов Cr. В частности, для большинства металлических подложек, изменения в изотропных обменах не приводят к значительным изменениям в Тс, в то время как при взаимодействии со свинцовой подложкой Тс уменьшается. Дополнительным отличием свинцовой подложки от других исследованных металлических подложек является сильное увеличение одноузельной анизотропии в CrI3, что указывает на возможную технологическую важность в реализации подобных систем. 2) При помощи первопринципных расчетов, выполненных в приближениях LDA и PBE, были определены наборы обменных взаимодействий между магнитными моментами в монослое Fe3GeTe2. Было установлено, что наличие сильного ферромагнитного взаимодействия сверхобменной природы, а также соизмеримого прямого обменного взаимодействия приводит к сильной связи магнитных моментов атомов Fe(I). Данный факт позволяет перейти к эффективной магнитной модели, в которой ближайшие атомы железа Fe(I) заменяются одним эффективным атомом, что упрощает структуру магнитной решетки и ускоряет проведение термодинамических расчетов. Эквивалентность полной и эффективной моделей была подтверждена путем анализа результатов Монте-Карло симуляций и магнонных спектров. Было установлено, что обменные параметры, полученные с использованием PBE приближения, дают переоценку температуры Кюри по отношению к экспериментальному значению. Были рассмотрены различные физические механизмы, которые могут привести к эффективной перенормировке обменных взаимодействий и, как следствие, уменьшению результирующей критической температуры магнитного перехода. В качестве примера можно привести учет динамических кулоновских корреляций. С другой стороны, использование LDA приближения позволяет добиться хорошего согласия между экспериментом и теории по температуре Кюри. Кроме этого численно было показано, что варьирование постоянной решетки приводит к существенным изменениям магнитных моментов атомов железа, а также величин и знаков обменных параметров. Последнее, в свою очередь, оказывает значительное влияние на температуру Кюри и даже может приводить к изменению основного состояния системы. 3) Проведено моделирование ультрабыстрой спиновой динамики, генерируемой фемтосекундными лазерными импульсами, в монослое Fe3GeTe2 и мультислоевой системе Co/Pt. Тестирование и настройка двухтемпературной модели, применяемой для симуляции воздействия лазера на образец, выполнены на примере мультислоевой системы Co/Pt, для которой есть соответствующие экспериментальные данные. Предложенная минимальная спиновая модель позволяет с хорошей точностью воспроизвести временное и пространственное поведение максимальной интенсивности рассеянного рентгеновского излучения, на уровне рассчитываемых спин-спиновых корреляционных функций. На этой основе дано микроскопическое объяснение короткодействующим магнитным флуктуациям, наблюдаемым в эксперименте для Co/Pt. Применение двухтемпературной модели в случае гамильтониана монослоя Fe3GeTe2, полученного из первоприницпных расчетов, показывает, что при воздействии лазерного импульса исходная ферромагнитная конфигурация переходит в стабильную структуру с периодически чередующимися доменными областями спинов вверх и вниз, средний размер которых составляет 26 нм. Подобные возбужденные магнитные структуры ранее наблюдались для в мультислойнных магнетиках при приложении магнитного поля в плоскости. Показано, что решающую роль в формировании таких доменных структур играют дальнодействующие магнитные взаимодействия в спиновом гамильтониане. 4) Были исследованы магнитные свойства слоистой системы MoP3SiO11, в которой реализуется модель слабо связанных гексагональных антиферромагнитных решеток со спином S = 3/2. Результирующее значение обменного взаимодействия в гексагональной решетке J = 2.6 K приводит к оценке температуры Кюри-Вейсса Θ = −10.8 K, что находится в разумном согласии с экспериментальным значением −10.7±0.4 K. Расчет магнитной анизотропии демонстрирует наличие только одноузельного члена D ~ 2.2 K, который формирует анизотропию типа легкой плоскости, соответствующая плоскости гексагональной решетки. Решение данной модели квантовым методом Монте-Карло (QMC) воспроизводит экспериментальные кривые магнитной восприимчивости от температуры и намагниченности от внешнего магнитного поля, а также позволяет описать фазовый переход с температурой Нееля TN =7.1 K, что находится в хорошем согласии с экспериментом 6.8 K. Оценка квантовых флуктуаций демонстрирует ~10% подавление полного магнитного момента, что намного слабее для гексагональной решетки со спином 1/2, где данные значения достигают до 45%. В системе MoP3SiO11 сильная одноузельная анизотропия ослабляет эффекты квантовых флуктуаций. 5) Был проведен анализ влияния внешнего давления на магнитные свойства 2D магнетиков на примере китаевского магнетика α-Li2IrO3, испытывающего переход из магнитной в димеризованную немагнитную фазы под давлением. Результаты расчета электронных структур соответствующих фаз показывают, что повышение давления приводит к серьезной перестройке энергетических уровней иридия рядом с уровнем Ферми. Температурная зависимость критического давления была объяснена нами с помощью расчета разницы фононного вклада в свободную энергию между димеризованной и недимеризованной фазами для различных температур. Для объяснения зависимости температуры Нееля от давления в данном материале, нами были рассчитаны обменные взаимодействия для двух различных значений внешнего давления. Было показано, что увеличение величины суммарного обменного взаимодействия при изменении давления сопоставимо с увеличением температуры Нееля, что позволяет сделать вывод о том, что за изменение температуры магнитного перехода отвечает уменьшение углов Ir-O-Ir.

 

Публикации

---