1992-1996; 1997; 1998; 1999; 2000; 2001; 2002; 2003; 2004; 2005; 2006; 2007; 2008; 2009; 2010; 2011

Лаборатория теоретической физики

КРОССИНГ-РЕЗОНАНС В СРЕДЕ С НЕОДНОРОДНЫМ ПАРАМЕТРОМ СВЯЗИ МЕЖДУ ВОЛНОВЫМИ ПОЛЯМИ

Развита теория взаимодействия двух волновых полей различной физической природы (например - спиновых и упругих волн) в среде с неоднородным и равным нулю в среднем параметром связи между волновыми полями. Предложена концепция двух эффективных сред в одном веществе, позволившая объяснить необычные свойства усредненных волн, полученные в рамках этой теории: снятие вырождения в точке кроссинг-резонанса, обусловленное взаимодействием усредненной волны одной природы с флуктуационными волнами другой природы; различие между величинами щелей в спектре, обусловленные этими взаимодействиями, для каждой из усредненных волн; различия во влиянии неоднородностей параметра связи на частоты, затухания и восприимчивости (усредненные функции Грина) каждого из волновых полей.

Согласно этой концепции каждая из двух усредненных волн распространяется в своей эффективной среде, характеристики которой перенормированы взаимодействием между волновыми полями. Эффективные среды являются независимыми в том смысле, что распространяющиеся в них усредненные волновые поля не взаимодействуют друг с другом явно, хотя каждая из сред характеризуется величинами, относящимися к обоим волновым полям.

1. Ignatchenko V. A., Erementchouk M. V. and Deych L. I. Susceptibilities in the region of the disorder-induced crossing resonance. Phys. Rev. B, 1998, 56, № 1, 521.
2. Deych L. I., Ignatchenko V. A. and Lisyansky A. A. Energy oscillations of scattered waves for disorder-induced crossing resonance. Phys. Rev. B, 1997, 55, № 17, 11287.
3. Дейч Л. И., Еременчук М. В., Игнатченко В. А. Упругие волны в случайно неоднородных ферромагнетиках в области магнитоупругого резонанса. ЖЭТФ, 1996, 109, № 4, 1370.

Лаборатория ТТТ

Известно, что в обычных металлах в условиях квантования Ландау амплитуда осциллирующей части намагниченности зонных электронов, пропорциональна H^1/2 и, поэтому, слабо зависит от магнитного поля Н. Совершенно иная экспериментальная ситуация имела место при исследовании эффекта де Гааза – ван Альфена в тяжелофермионном антиферромагнетике CeCu₂Si₂. Было обнаружено, что при температуре Т=20 mK (температура Нееля T_{N @} 0.5K) в области спин-флип-перехода (H ~ 7Тл) имело место аномально сильное возрастание амплитуды осцилляций при увеличении H, так, что даже для соседних всплесков намагниченности эта амплитуда отличалась на заметную величину.

Нами предложен физический механизм, объясняющий возникновение отмеченной аномалии. Ключевую роль в формировании аномального поведения амплитуды дГвА-осцилляций играют как сильные внутриатомные корреляции, так и наличие дальнего магнитного упорядочения. Физическая природа предложенного механизма заключается в следующем. В точке спин-флип-перехода спектр спин-волновых возбуждений магнитной подсистемы является бесщелевым. Поэтому число термически возбужденных магнонов достаточно велико. В этом случае намагниченность заметно отличается от своего значения в насыщенном состоянии. Тогда даже сильные внутриатомные корреляции несущественно перенормируют константу гибридизационного взаимодействия между зонными и локализованными электронами. В этом случае гибридизационный канал рассеяния электронов проводимости остается открытым, а амплитуда эффекта дГВА – соответственно мала. При возрастании магнитного поля увеличивается энергия активации спиновых волн. Это приводит к заметному уменьшению теплового возбуждения магнонов. Следовательно, намагниченность системы стремится к своему максимальному значению. Соответственно этой тенденции из-за хаббардовских внутриатомных корреляций происходит подавление гибридизационного канала рассеяния для электронов с проекцией спинового момента, ориентированного противоположно направлению магнитного поля. В результате такого подавления амплитуда эффекта дГВа увеличивается (см. рисунок). Проведенные численные расчеты при параметрах модели, соответствующих экспериментальным данным для CeCu₂Si₂ показали удовлетворительное количественное согласие теоретической зависимости осциллирующей намагниченности с экспериментальной кривой.

Результаты исследований опубликованы в статье:

1. Вальков В.В., Дзебисашвили Д.М. Об аномальной H-зависимости аплитуды осцилляций де Гааза – ван Альфена в CeCu₂Si₂. Письма в ЖЭТФ, 1998, 67, в.4, 270.

Лаборатория ФМП

Обнаружено явление самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в двухслойных пленочных материалах. Установлены минимальные толщины слоев и температура инициирования синтеза, которая на 200-300^о ниже температуры СВС в порошковых аналогах. Исследования кинетики этого явления показали, что наблюдаемые осцилляции нестабильности в движении фронта не могут быть интерпретированы на базе существующих теорий. Предложено использовать это явление как метод формирования квазикристаллов.

1. Мягков В.Г., Быкова Л.Е. Письма в ЖЭТФ, 1998, 67, № 5.
2. Мягков В.Г., Быкова Л.Е. Письма в ЖЭТФ, 1998, 68, № 2.
3. Мягков В.Г., Жигалов В.С., Быкова Л.Е., Мальцев В.К. ЖТФ, 1998, 68, № 10.

Проведен расчет магнитного момента кластеров железа и кобальта в предположении их суперпарамагнитного поведения. Эффективный момент на атом намного меньше, чем у массивного материала даже при 100 К. Увеличение магнитного момента с ростом размеров кластеров и приложенного магнитного поля находится в хорошем согласии с последними экспериментальными данными по Со_N и Fe_N . Теоретическая интерпретация лежит вокруг модели сильного разупорядочения поверхностных атомов и областей. Приведены многочисленные рисунки, подтверждающие предшествующие рассуждения. На рисунках N- число атомов в кластере.

Лаборатория РСМУВ

Измерена магнитострикция монокристалла спин-пайерлсовского магнетика CuGeO₃ в области температур 4.2 – 20 К. Установлено, что в области существования спин-пайерлсовского димеризованного синглетного состояния магнитострикция при снижении температуры ниже точки фазового перехода 15 К сначала увеличивается, достигает максимума при температуре около 10 К и затем снижается практически до нуля при 4.2 К.

Дана интерпретация этих результатов на основе простой модели, использующей реальную картину магнитных синглет-триплетных возбуждений в спиновой системе.

Результаты опубликованы в статьях:

1. Petrakovskii G., Sablina K., Vorotinov A., Krynetskii I., Szymczak H., Gladczuk L. The magnetostriction of CuGeO₃. Solid State Commun. 1997, 101, №7, 545.
2. 1. Петраковский Г.А., Воротынов А.М., Шимчак Г., Гладчук Л. Магнитострикция спин-пайерлсовского магнетика CuGeО₃. ФТТ, 1998, 40, №9, 1671.

Сектор ФНС

Впервые измерено среднее значение поля анизотропии на характерных длинах однородности намагниченности ?_L в аморфных и нанокристаллических ферромагнитных сплавах и показано, что ‹Н_а› ~Н_а/vN, где N – число ориентационно- выделенных кластеров с локальной анизотропией Н_а и размером r_L, содержащихся в составной неоднородности большего масштаба ?_L.

0,004 0,024 0,15 0,95 6,1 H, кЭ

Зависимость дисперсии d_m стохастической магнитной структуры нанокристаллического Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉ (отжиг при Т=550⁰ С и t = 1ч.) и аморфного Со₈₀Zr₁₀V₁₀ сплавов от величины магнитного поля в двойной логарифмической системе координат.

Кривые: 1 - Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉, 2 - Со₈₀Zr₁₀V₁₀ получены на магнитооптическом магнитометре.
Кривые: 3- Со₈₀Zr₁₀V₁₀, 4 - Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉ получены на вибромагнитометре.
Пунктирные линии - предельные теоретические зависимости, соответствующие d_m~H^-1/2 и d_m~H^-2 (точка пересечения – величина корреляционного поля Н_L).

Лаборатория ЭДСВЧЭ

Исследование природы одноосной магнитной анизотропии пленок переходных металлов и их сплавов показало, что главным образом она связана с одноосными упругими напряжениями, возникающими в процессе напыления образцов. Магнитные неоднородности, наблюдаемые в плоскости пленок, обусловлены неоднородностями упругих напряжений как в пленке, так и в подложке.

Результаты опубликованы:

1. Беляев Б.А., Кононов В.В., Овчинников С.Г. Особенности анизотропии в пленке пермаллоя, индуцированные неоднородным магнитным полем. ФТТ, 1998, 40, № 7, 1291.

Решена проблема создания миниатюрных сверхширокополосных фильтров дециметрового и сантиметрового диапазонов волн. В разработанных конструкциях использованы оригинальные микрополосковые структуры на подложках с высокой диэлектрической проницаемостью. Первая структура позволяет реализовать фильтры с относительной полосой пропускания до 80%, благодаря совмещению резонансных частот первых четырех мод колебаний нерегулярного микрополоскового резонатора. АЧХ фильтра и форма полосковых проводников показана на рисунке.

Вторая структура представляет собой систему из четвертьволновых микрополосковых резонаторов различной электрической длины, сильно связанных между собой кондуктивно. Фильтры на такой конструкции могут иметь полосу пропускания даже больше 100%. Разработанные устройства отличаются малым затуханием сигнала в полосе пропускания и высокой устойчивостью к большим уровням СВЧ мощности.

Сектор радиоспектроскопического структурного анализа

Рассмотрена высокотемпературная динамика системы ядерных спинов кристалла. В рамках теории самосогласованного флуктуирующего локального поля, выполнен учет характеристик реальных решеток.

Выведены нелинейные интегральные уравнения для корреляционных функций, учитывающие число ближайших соседей и поправки от решеточных сумм с петлями. Уравнения позволяют рассчитывать не только центральную часть спектра, но и крылья.

Для проверки выводов теории выполнена экспериментальная запись с высокой точностью крыла спектра ЯМР в кристалле ВаF₂ при направлениях магнитного поля вдоль трех кристаллографических осей. Экспериментальные данные подтвердили экспоненциальную форму крыла спектра и ориентационную зависимость ее показателя. Установлено, что такая форма крыла - следствие самосогласованных флуктуаций локального поля, тогда как дополнительная по сравнению со вторым моментом ориентационная зависимость параметров крыла связана с изменением интенсивности этих флуктуаций при изменениях числа ближайших соседей и вклада петель, происходящих из-за анизотропии диполь-дипольного взаимодействия. Выполнено также сравнение результатов расчета с взятыми из других работ экспериментальными спадами свободной прецессии намагниченности и скоростями кросс-поляризации в кристалле CaF₂, изоморфном BaF₂. Получено хорошее согласие теории с экспериментом.

Лаборатория радиоспектроскопии диэлектриков

В монокристаллах Cs₃Bi₂I₉ проведены исследования нейтроновского рассеяния вблизи фазового перехода нормальная фазанесоразмерная (T_i). Определены характер и температурное поведение мягкой моды конденсирующейся вблизи центра зоны, а также температурный ход параметра порядка ниже T_i. Работа выполнена по проекту, поддержанному Международным Институтом Лауэ-Ланжевена.

На монокристаллах Cs₃Sb₂I₉ проведены исследования положения сателлитных рефлексов в интервале температур от 4.2 до 300 К. Определена область существования (73-78 К) несоразмерной фазы с двумя независимыми по q модуляциями. Этот вид апериодической структуры ранее не исследовался. Экспериментально исследовано диффузное рентгеновское рассеяние вблизи перехода тригональная фаза – тригональная. С использованием современного программного обеспечения уточнены структуры гексагональной модификации Cs₃Bi₂I₉ и тригональной модификации Cs₃Sb₂I₉ (совместно с Институтом кристаллографии РАН).

Сектор плазменных технологий

Проведена оптимизация условий синтеза фуллеренов в плазмохимическом реакторе. В результате определены параметры, позволяющие синтезировать фуллереновую смесь с большим выходом высших фуллеренов (порядка 70 % С₆₀, 30 % С₇₀, 1 % высших при общем выходе - 4% от массы угольного конденсата). Проведены исследования зависимости выхода металлофуллеренов с Fe, Co, Ni от расхода гелия и величины тока. Обнаружено, что их выход максимален при расходе гелия 1 л/мин и при токах 100-160 А.

Лаборатория когерентной оптики

СУБДОПЛЕРОВСКИЕ РЕЗОНАНСЫ ПОГЛОЩЕНИЯ И ПРЕЛОМЛЕНИЯ, ИНДУЦИРОВАННЫЕ СИЛЬНЫМИ ИЗЛУЧЕНИЯМИ.

Показаны новые возможности устранения нескомпенсированного доплеровского уширения различных типов нелинейно-оптических резонансов за счёт эффектов атомной когерентности в сильных электромагнитных полях. При этом в резонанс одновременно захватываются атомы в широком интервале скоростей. Явление может быть использовано для манипулирования оптическими свойствами атомов и молекул c целью формирования больших сечений нелинейно-оптических процессов, спектральных окон прозрачности и безынверсного усиления, большой оптической дисперсии а также эффективного заселения высоколежащих уровней.

1. Баев А. С. и Попов А. К. Письма в ЖЭТФ, 1998, 67, 964.
2. Baev A. S., Popov A. K., Myslivets S. A. and Shalaev V. M., Proc. SPIE, (to be published).

Сектор магнитных горных пород

В секторе магнетизма горных пород Института физики СО РАН разработаны физические принципы нового способа разделения мелкодисперсных минералов с близкими магнитными свойствами в пульсирующих знакопеременных высокоградиентных магнитных полях.

Изготовленный макет сепаратора состоит из двух автономных электромагнитов в зазоре между которыми за счет поочередного переключения магнитного поля образуется область с пульсирующим градиентом поля, приводящая к образованию “кипящего” объема интенсивного разрушения магнитных флокул с высокой селективностью разделения минералов.

Предлагаемый метод позволяет, например, получать железорудные концентраты с минимальным для безобжиговых процессов содержанием серы - до 0,1 %. Может быть использован для утилизации серы в черной и цветной металлургии; для доизвлечения черных и цветных металлов из техногенного материала; разделения промпродуктов в цветной менталлургии. На сепаратор получен патент России.

1. Звегинцев А.Г., Якубайлик Э.К. Магнитная сепарация в полях с пульсирующим знакопеременным градиентом. Физико – технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1998, № 4, 78.
2. Звегинцев А.Г., Якубайлик Э.К., Усов М.А., Ганженко И.М. Новый способ магнитной сепарации минералов в импульсных градиентных полях. Горный журнал. 1998. № 12.
3. Звегинцев А.Г., Якубайлик Э.К, Электромагнитный сепаратор. Патент РФ № 2105613.