Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Проведен комплексный анализ результатов измерений магнитнитосопротивления и дифракции нейтронов для соединений FexTiS2 и выявлена корреляция между поведением магнитосопротивления и магнитным состоянием. Обнаружено, что соединения Fe0.25TiS2 и Fe0.50TiS2 проявляют антиферромагнитный (АФМ) порядок, который является причиной большого магнитосопротивления (20 - 35 %) и сопровождается индуцированным полем фазовым переходом из АФМ в ферромагнитное (ФМ) состояние. При низких температурах этот АФМ-ФМ переход является необратимым, что подтверждается нейтронографическими исследованиями и наличием остаточного магнитосопротивления. Показано, что соединение Fe0.33TiS2 с промежуточной концентрацией не обладает дальним магнитным порядком и проявляет магнитное поведение, характерное для кластерных спиновых стекол. Отсутствие дальнего магнитного порядка в этом соединении обусловлено формированием треугольной сетки из атомов Fe, расположенных между слоями TiS2 и фрустрациями обменных взаимодействий. Установлено, что распределение атомов Fe внутри катионных слоев в соединениях FexTiS2 наряду с их концентрацией, играет решающую роль в формировании магнитного состояния и поведении магнитосопротивления таких материалов. Полученные результаты помогут лучше понять поведение магнитосопротивления в других слоистых системах и найти способы управлять структурой, а соответственно и свойствами, таких материалов для их эффективного применения. На основе теории скейлинга разработан метод, позволяющий из данных о магнитной восприимчивости соединений в номинально парамагнитном состоянии идентифицировать фазу Гриффитса. Метод был применен для анализа магнитной восприимчивости слоистых соединений CrxNbSe2 и FexTiS2 с разным содержанием интеркалированных атомов хрома и железа. Использование скейлинговой зависимости для намагниченности, полученной из теории распределения нулей Ли-Янга, позволило определить концентрации интеркалированных атомов, при которых реализуется фаза Гриффитса. Установлено, что в системе CrxNbSe2 фаза Гриффитса наблюдается в расширенном диапазоне концентраций (0.33< x < 0.5), а в FexTiS2 она появляется только при x = 0.25. Этот подход может быть использован для анализа магнитной восприимчивости других квазидвумерных систем. Впервые предложена трехстадийная методика твердофазного синтеза, с помощью которой удалось получить образцы Fe0.75TiS2-ySey с высоким содержанием железа и с концентрацией селена до y = 1. При увеличении содержания Fe в соединениях FeхTiS2–ySey сжатие октаэдра (Fe,Ti)Ch6 в направлении перпендикулярном плоскости слоев тем больше, чем выше концентрация селена. Эта тенденция связана с увеличением ковалентности связей Fe с соседними анионными слоями при замещении серы селеном. Меньшее значение эффективного момента атомов Fe по сравнению с ожидаемым спиновым значением обусловлено участием 3d-электронов Fe в образовании ковалентных связей с матрицей TiCh2. Увеличение содержания селена в соединениях Fe0.75TiS2-ySey до y = 1 приводит к снижению магнитной критической температуры (Ткрит) от 145 К до 100 К и к изменению магнитного поведения с ферримагнитного на антиферромагнитное. Повышенное значение удельного электросопротивления в магнитоупорядоченном состоянии соединений Fe0.75TiS2–ySey, по сравнению с наблюдаемым выше Ткрит, объясняется появлением дополнительного вклада от рассеяния электронов на магнитных неоднородностях, возникающих ниже критической температуры из-за перемешивания ионов Fe и Ti в катионных слоях. Предложенный нами трехстадийный твердофазный метод синтеза позволит получить и другие слоистые соединения с новыми функциональными характеристиками. Впервые получены соединения систем Fe0.25TiS2-ySey и Fe0.25TаS2-ySey с разной координацией атомов железа и проведена их аттестация с помощью рентгеновской дифракции и рентгеновской энерго-дисперсионной спектроскопии. Для выявления изменений электронных и магнитных состояний, вызванных как «отрицательным химическим» давлением из-за различия в ионных радиусах халькогенов, так и влиянием скорости охлаждения образцов, были проведены измерения кинетических свойств, полевых и температурных зависимостей намагниченности, а также магнитосопротивления. Выявлено сильное влияние обоих факторов на все исследованные физические свойства. В частности, в соединении Fe0.25TaS2 в зависимости от скорости охлаждения происходит изменение температуры Кюри на 40%. Научные результаты по теме проекта в 2022 году опубликованы в статьях: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.L020401 - статус статьи: выбор редактора (Q1) и https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2022.107049 (Q2), а также представлены на трех международных конференциях в форме устных и стендовых докладов, тезисы которых опубликованы в сборниках, индексируемых в базе РИНЦ.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Исследования систем Fe0.25TaS2–ySey и Fe0.25TiS2–ySey с анионным замещением при постоянном содержании интрекалированных атомов железа с помощью рентгеновской дифракции, измерений намагниченности, электросопротивления и магнитосопротивления выявили наличие колоссальной разницы в магнитном поведении этих систем. На основании полученных результатов сделано заключение о значительной роли соединения-матрицы ТCh2 (Т = Ti, Ta) в формировании магнитных свойств при интеркалировании атомами железа. Так, в системе Fe0.25TaS2–ySey, в которой атомы железа и тантала располагаются в цепочках параллельных оси с в октаэдрическом и тригонально-призматическом окружении, соответственно, все соединения проявляют ферромагнитное поведение и обладают гигантской коэрцитивной силой, которая достигает 40 – 60 кЭ при низких температурах. Установлено, что изменение низкотемпературной (при T = 2 К) коэрцитивной силы при замещении серы селеном коррелирует с концентрационной зависимостью температуры Кюри, что свидетельствует об изинговском спиновом состоянии ионов Fe во всем концентрационном интервале (0 ≤ y ≤ 2). Тогда как в системе Fe0.25TiS2–ySey, в которой атомы железа и титана располагаются в октаэдрическом окружении, наблюдается переход от поведения, характерного для изинговских магнетиков к гайзенберговским из-за снижения магнитокристаллической анизотропии при увеличении содержания селена. Выявлено, что для обеих систем характерна сильная зависимость магнитных характеристик от скорости охлаждения, что открывает возможности для целенаправленного управления их свойствами. Наличие необычно большого магнитного гистерезиса в этих материалах представляет интерес для разработки новых высококоэрцитивных материалов, не содержащих дорогих редкоземельных элементов. Нейтронографические измерения, проведенные при разных температурах в присутствии магнитного поля, выявили особенности в эволюции магнитных состояний соединений FexTiS2 в зависимости от концентрации железа. Анализ полученных данных показал, что различие в магнитном состоянии исследованных соединений и в их поведении под действием магнитного поля кроется в различии их кристаллической структуры, а именно, в распределении атомов железа в слоях между S-Ti-S сэндвичами. Показано, что допирование антиферромагнитного теллурида железа Fe1.1Te дихалькогенидами титана TiS2 и TiSe2 приводит к снижению температуры Нееля, сжатию кристаллической решетки и появлению сверхпроводимости соединений Fe1.1Te(TiCh2)y при y ≥ 0.04. Максимальная температура начала сверхпроводящего перехода ~ 13 K наблюдается для образца с номинальным составом Fe1.1Te(TiSe2)0.1. Обнаружена зависимость поведения электрического сопротивления при температуре ниже перехода в сверхпроводящее состояние от значения приложенного тока, что может свидетельствовать о проявлении сверхпроводимости, характерной для гранулированных сверхпроводников. Полученные результаты показывают, что сверхпроводимость в объемном теллуриде железа Fe1+zTe с тетрагональной структурой может быть вызвана не только добавлением других халькогенов (S,Se), но и допированием халькогенидными соединениями. Это открывает новые возможности для модификации существующих халькогенидных сверхпроводников и предлагает новые пути получения материалов с измененными свойствами. Синтезирована и исследована методами рентгеноструктурного анализа, а также с помощью измерений температурных и полевых зависимостей намагниченности серия поликристаллических образцов Fe3-xCrxSe4. В образце Fe2CrSe4, проявляющем ферримагнитное упорядочение ниже TN ~ 300 К, впервые обнаружено наличие точки компенсации при Tcomp ~ 140 К и гигантского эффекта обменного смещения (до 6.6 кЭ при охлаждении ниже 50 К). Обменное смещение в Fe2CrSe4 связано с наличием в ферримагнитной матрице областей (кластеров) с ближним магнитным порядком, обусловленным неоднородным распределением атомов железа и хрома в решетке. Дополнительная термообработка и последующее быстрое охлаждение приводят к повышению температуры магнитного упорядочения, исчезновению компенсации намагниченностей подрешеток и уменьшению обменного смещения, тем самым показывая возможность управления обменным смещением и магнитными характеристиками в системе. На монокристаллическом образце ферримагнитного соединения Fe7Se8 проведены исследования тепловых свойств. Установлено, что тепловое расширение соединения Fe7Se8 сильно анизотропно и демонстрирует несколько аномалий, связанных с фазовыми переходами различной природы при понижении температуры. Вблизи температуры спинового переориентационного фазового перехода Tsr ~ 115 K в Fe7Se8 выявлено существование гистерезиса, характерного для переходов первого рода. Установлено, что появление ферримагнитного порядка в Fe7Se8 ниже 450 К сопровождается отрицательной объемной спонтанной магнитострикцией (ωs ~ -5.3*10-3 при 120 К), что указывает на сильную зависимость обменных взаимодействий от межатомных расстояний. На основании цикла работ по исследованию свойств интеркалированного сульфидного соединения Cr0.33NbS2, обладающего хиральной гелимагнитной структурой, написан обзор «Обобщенное взаимодействие Дзялошинского–Мория и индуцированные хиральностью эффекты в хиральных кристаллах». Отмечается, что понятие хиральности материала активно используется исследователями из разных областей знаний, в частности, физики твердого тела и химии, и зарождается новая область исследований, которую можно назвать «хиральное материаловедение». Научные результаты по теме проекта в 2023 году опубликованы в 6 статьях, индексируемых в базах WoS и Scopus, 15 тезисах и представлены на 7 конференциях в форме приглашенных, устных и стендовых докладов https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128446 (Q1); https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.014401 (Q1); DOI:10.31857/S0015323023601459; https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2023.171511; https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2023.111466; https://doi.org/10.7566/JPSJ.92.081006.