Год издания: 2018
Ключевые слова: спиновый кроссовер, обменное взаимодействие, возбужденные состояния, высокие давления, оптическая накачка, редкоземельные кобальтиты, кроссовер в неравновесных условиях
Аннотация: Спиновый кроссовер есть особый тип переключения из одного магнитного состояния в другое, либо из магнитного в немагнитное. Вместо изменения ориентации намагниченности, используемой в традиционном подходе с магнитной памятью, спиновый кроссовер дает возможность изменять величину намагниченности, и тем самым реализовать возможность аПоказать полностьюльтернативного вида магнитной записи и считывания информации. Особый интерес представляют возможности кроссовера под действием фемтосекундных лазерных импульсов в связи с появлением в последнее время работ по полностью оптической схеме магнитной записи и считывания информации. В настоящем проекте мы рассмотрим класс явлений, обусловленных как оптической накачкой возбужденных магнитных состояний, так и термодинамически равновесные системы с заселенностью возбужденных магнитных состояний при конечных температурах, с учетом межатомного обменного взаимодействия возбужденных ионов. Кроссовер может достигаться либо высоким давлением, как в окислах железа, либо тепловым расширением решетки, как в редкоземельных кобальтитах, либо и давлением и температурой и оптической накачкой, как в металлоорганических комплексах железа . Что касается оптически возбужденных магнитных ионов, то для них могут быть интересны нестационарные эффекты, возможность экспериментального изучения которых появилась в связи с созданием фемтосекундных лазеров и запуском рентгеновских лазеров на свободных электронах. Например, на XFEL в Гамбурге в 2018 г. планируется начало работы станции рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии с временным разрешением. Научная новизна проекта заключается в выявлении кооперативных эффектов, обусловленных обменным взаимодействием возбужденных термов магнитных ионов. В традиционном одноионном подходе спиновый кроссовер происходит тогда, когда два терма - высокоспиновый и низкоспиновый, пересекаются при изменении внешнего воздействия: давления, деформации решетки, электромагнитного поля. Такое явление при нулевой температуре может быть описано как квантовый фазовый переход с топологическим параметром порядка типа фазы Берри. При конечных же температурах кроссовер протекает плавно в некотором интервале температуры и , вообще говоря. не является фазовым переходом. Недавно нами показано, что при учете межионного обменного взаимодействия спиновый кроссовер может быть фазовым переходом первого рода (Nesterov A.I. etal, Phys.Rev.B 96, 134103 (2017)). В данном проекте мы последовательно и аккуратно исследуем теоретически различные варианты спиновых кроссовером под давлением, при упругой связи между ионами, под действием оптической накачки, меняющей не только заселенность возбужденного терма, но и его вклад в обменное взаимодействие. Будут также рассмотрены неравновесные условия, когда изменение заселенности возбужденного терма зависит от времени. Мы планируем также провести экспериментальные исследования кооперативных эффектов в спин-кроссоверных системах и уже подали заявку на синхротрон в Гренобль для измерений зависимости структурных параметров и магнитных моментов в камере высокого давления при различных температурах методами рентгеновской спектроскопии. По мере ввода в действие экспериментальных станций на XFEL мы планируем экспериментальные и теоретические исследования динамики спиновых кроссовером с временным разрешением.