Спиновые флуктуации и спин-флуктуационный переход в магнитоупорядоченной фазе моносилицида марганца
Спиновые флуктуации и спин-флуктуационный переход в магнитоупорядоченной фазе моносилицида марганца
Пресс-релиз публикации: Демишев С.В., Самарин А.Н., Карасев М.С., Григорьев С.В., Семено А.В., Спиновые флуктуации и спин-флуктуационный переход в магнитоупорядоченной фазе моносилицида марганца // Письма в ЖЭТФ. – 2022. – Т.115, №11. – С. 717-723. DOI: 10.31857/S1234567822110076
Под спин-флуктуационным переходом (СФП) понимается резкое изменение характеристик спиновых флуктуаций в магнетике под воздействием управляющих параметров (например, температуры или состава материала), не связанное непосредственно c образованием фаз с дальним магнитным порядком. Поэтому СФП в большинстве случаев выходят за рамки стандартной теории фазовых превращений, для которой характерно рассмотрение флуктуаций как некоторого сопутствующего магнитному переходу явления. СФП можно наблюдать при образовании фазы спинового нематика в сильно коррелированном металле CeB6. Эти необычные переходы возникают в изинговских неупорядоченных системах, например, в легированных компенсированных полупроводниках Ge:As(Ga), а также в парамагнитных фазах магнитных полупроводников Hg1‑xMnxTe и некоторых квантовых критических системах. Существуют также спин-флуктуационные переходы, обусловленные изменением спиновой динамики. Основным экспериментальным методом исследования СФП является спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), дающая прямую информацию о характеристиках спиновых флуктуаций. До настоящей работы неясным оставался вопрос о том, может ли спин-флуктуационный переход возникать в фазе с дальним магнитным порядком. В качестве объекта исследования был выбран спиральный магнетик - моносилицид марганца, MnSi. Исследование проводилось методом высокочастотного (60 ГГц) ЭПР, с помощью микроволнового спектрометра, созданного коллективом отдела низких температур и криогенной техники под руководством лауреата Международной премии им. Е.К. Завойского, д.ф.-м.н., проф. С.В. Демишева. С помощью этого прибора, для монокристалла MnSi получена наиболее подробная из известных на сегодняшний день температурная зависимость ширины линии ЭПР в температурном диапазоне 2-40 К (Рисунок 1). Именно ширина линии ЭПР дает наиболее полную информацию об амплитуде спиновых флуктуаций.
Из анализа данных ЭПР следует, что в магнитоупорядоченной спин-поляризованной фазе МnSi, образованной магнитными поляронами, в поле B~2Тл при TL~15 К возникает спин-флуктуационный переход, отвечающий изменению режима магнитных флуктуаций при температуре, существенно меньшей температуры перехода Tc~30 K из парамагнитной (T > Tc) в магнитоупорядоченную фазу (T < Tc). Данный результат расширяет область применимости представления о спин-флуктуационных переходах, которые ранее рассматривались лишь для случая магнитных состояний, не обладающих дальним магнитным порядком.
Полученные нами результаты позволяют говорить об открытии новой группы спин-флуктуационных переходов в спиральных магнетиках. Можно ожидать, что дальнейшие исследования в этом направлении могут оказаться одной из точек роста в современной физике магнитных явлений.
Основные исполнители данной работы являются научными сотрудниками отдела низких температур и криогенной техники ИОФ РАН – С.В. Демишев (постановка задачи, обработка данных, написание статьи), А.Н. Самарин, М.С. Карасев, А.В. Семено (ЭПР эксперименты, обработка данных). С.В. Григорьев является научным сотрудником ПИЯФ НИЦ «Курчатовский институт» (анализ структуры монокристаллов MnSi, обсуждение результатов).
Пресс-релиз подготовил: руководитель научного направления «Квантовые материалы, технологии и фотоника» ИОФ РАН, лауреат Международной премии им. Е.К. Завойского, доктор физико-математических наук, профессор С.В. Демишев.
Рис. 1. Ширина линии ЭПР (a) и ее производная по температуре (b) в спиральном магнетике MnSi. На вставке показана линия ЭПР при T =10 K. Пунктирные линии 1-3 на панели (a) отвечают различным теоретическим моделям. Стрелки на панели (b) обозначают различные спин-флуктуационные переходы в магнитных фазах, в том числе спин-флуктуационный переход в магнитоупорядоченной фазе при TL. (Источник: Демишев С.В., Самарин А.Н., Карасев М.С., Григорьев С.В., Семено А.В., Спиновые флуктуации и спин-флуктуационный переход в магнитоупорядоченной фазе моносилицида марганца // Письма в ЖЭТФ. – 2022. – Т.115, №11. – С. 717-723. DOI: 10.31857/S1234567822110076)