Нейтроны показали квазидвумерный магнитный переход в слоистых Y₁₋ₓTbₓMn₆Sn₆ при 300–353 К

Команда учёных из России и Египта изучила, как в слоистых магнитных соединениях Y₁₋ₓTbₓMn₆Sn₆ происходит переход от магнитного порядка к беспорядку, сообщает «Поиск» poisknews.ruПоискpoisknews.ruОткрыть источник ↗. Исследователи применили малоугловое рассеяние нейтронов для трёх составов: без тербия и с двумя добавками тербия. Измерения охватили диапазон от 260 до 400 К, ниже и выше критической температуры. Результаты опубликованы в «Журнале экспериментальной и теоретической физики» (ЖЭТФ).

В этих материалах слои атомов марганца обладают сильным магнитным упорядочением внутри плоскости, а связи между слоями гораздо слабее. Из-за такой почти двумерной архитектуры переход при нагреве сложнее, чем у обычных трёхмерных магнитов. Система не размагничивается целиком, а распадается на флуктуирующие ферромагнитные плоскости. Нейтронный пучок чувствителен к магнитным моментам и позволяет увидеть не отдельные атомы, а более крупные магнитные неоднородности, домены и флуктуации.

Критическая температура и магнитная структура

В рассеянии выделили три вклада: рассеяние на крупномасштабных магнитных доменах, брэгговский пик от несоразмерной магнитной структуры, период которой не совпадает с периодом кристаллической решётки, и рассеяние на критических флуктуациях намагниченности.

Критическая температура растёт с добавлением тербия: около 300 К для чистого соединения, около 325 К при x = 0,10 и около 353 К при x = 0,25 poisknews.ruПоискpoisknews.ruОткрыть источник ↗. Меняется и магнитная структура. В чистом YMn₆Sn₆ реализуется сложная двойная плоская спираль, а в допированных составах появляются ферримагнитная компонента и коническая спираль. Период несоразмерной структуры увеличивается с концентрацией тербия.

Тербий также меняет баланс магнитной анизотропии. Конкурируют состояния с лёгкой осью и лёгкой плоскостью, поэтому при изменении температуры система проходит через несколько магнитных конфигураций.

Флуктуирующие плоскости выше перехода

Выше критической температуры магнитная структура распадается не на полностью независимые моменты, а на флуктуирующие ферромагнитные плоскости марганца. Внутри плоскости порядок в значительной мере сохраняется, а согласованность между плоскостями уже теряется. Это придаёт переходу квазидвумерный характер.

Размер областей, где магнитные моменты остаются согласованными, в чистом соединении ограничен примерно 14 Å, а в допированных составах примерно 28 Å. При температуре около 400 К он падает до 4–5 Å, практически до толщины одного слоя марганца poisknews.ruПоискpoisknews.ruОткрыть источник ↗. Ниже критической температуры критическое рассеяние быстро спадает, и формируется упорядоченная фаза с крупномасштабными магнитными доменами и несоразмерной спиновой структурой.

Исследование выполнили сотрудники Петербургского института ядерной физики им. Б. П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт», Института физики металлов им. М. Н. Михеева УрО РАН, Объединённого института ядерных исследований и Центра ядерных исследований Управления по атомной энергии Египта.