Основные достижения 2006 г.

Разработан электрически перестраиваемый сверхвысокочастотный фазовращатель на основе многозвенного полосно-пропускающего фильтра, в котором последовательно соединенные микрополосковые резонаторы различаются шириной проводников, а «подложкой» для них служит нематический жидкий кристалл (ЖК). Линии передачи подключаются к устройству через емкости связи, что позволяет подавать управляющее напряжение непосредственно на полосковый проводник. Металлические поверхности обрабатываются так, чтобы в отсутствие электрического поля молекулы ЖК ориентировались вдоль проводни-ков, то есть ортогонально поляризации высокочастотного электрического поля, и в этом случае диэлектрическая проницаемость ЖК ε_⊥ минимальна. При определенном управляющем напряжении молекулы ориентируются параллельно высокочастотному полю, и в этом случае диэлектрическая проницаемость ЖК ε_|| максимальна. Увеличение диэлектрической проницаемости подложки от ε_⊥ до ε _|| приводит к соответствующему изменению фазы прошедшей волны.

Показано, что в отличие от традиционных конструкций фазовращателей на отрезках линий передачи, заполненных ЖК, в предлагаемом устройстве управляемый сдвиг фазы Δφ значительно больше, что делает его вполне конкурентоспособным, несмотря на сравнительно малую анизотропию диэлектрической проницаемости Δε= ε_|| – ε_⊥ на высоких частотах. Например, нематический жидкий кристалл 5CB имеет ε_|| = 2.8 и ε_⊥ = 2.6. Особенно перспективно создание жидкокристаллических фазовращателей в миллиметровом диапазоне длин волн, где высока диэлектрическая добротность ЖК соединений. На рисунке приведены амплитудно-частотные характеристики такого устройства L( f ) для двух ориентаций ЖК и зависимость управляемого сдвига фазы Δφ( f ). Видно, что сдвиг фазы регулируется в пределах более 100° и к тому же в достаточно широкой относительной полосе частот Δf /f₀ ≈ 30 %, где потери СВЧ мощности почти не изменяются с перестройкой фильтра и составляют величину около –0.5 дБ.

1. Беляев Б.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах. // ДАН, Т.400, № 2, 2005, С. 181-185.
2. Беляев Б.А., Лексиков А.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Управляемый фазовращатель. // Патент РФ № 2257648. БИ № 21, 2005.

Лаборатория Электродинамики и СВЧ Электроники

Известно, что соединения с тяжелыми фермионами (ТФ) обладают сверхпроводящими свойствами, отличными от свойств, предсказываемых теорией БКШ. Так в CeCu₂Si₂, UBe₁₃, UPt₃ реализуется сверхпроводимость с анизотропным параметром порядка (ПП). С другой стороны, недавние экспериментальные исследования тяжелофермионного скуттерудита LaFe₄P₁₂ (Y. Nakai, et.al., JPSJ, 74, 3370, 2005) являющегося сверхпроводником при T <T_C=4.1 K, показали, что это соединение в условиях развитых АФМ флуктуаций, обладает изотропным сверхпроводящим ПП, характеризуемым симметрией s-типа.

Для объяснения полученных в указанной работе результатов, был рассмотрен механизм куперовской неустойчивости в ТФ соединениях, который, с одной стороны, учитывает спин-флуктуационное рассеяние, а с другой - приводит к сверхпроводимости s-типа. С этой целью, в рамках периодической модели Андерсона (ПМА), в пределе сильных электронных корреляций (U- бесконечно) в куперовском канале методом диаграммной техники для операторов Хаббарда вычислена амплитуда рассеяния f-электронов (темный квадрат на приведенной ниже диаграмме):

Для затравочной амплитуды (светлый квадрат) учитывались вклады

Из условия существования полюса амплитуды рассеяния получено уравнение, определяющее критическую температуру перехода (T_c) в сверхпроводящую фазу с s-симметрией параметра порядка. На основе самосогласованного решения системы уравнений рассчитана фазовая диаграмма (рисунок 1) зависимость T_c от концентрации электронов и параметра гибридизации. Оказалось, что область реализации сверхпроводящей фазы примыкает к области существования ненасыщенного ферромагнитного состояния и не пересекается с ней. Полученные результаты могут быть использованы для описания перехода в сверхпроводящую фазу с s-симметрией параметра порядка в тяжелофермионном скуттерудите LaFe₄P₁₂. При этом, для получения значений T_c, близких к экспериментальным, существенным оказался учет процессов рассеяния фермионов на спиновых флуктуациях.

1. Вальков В.В., Дзебисашвили Д.М. О сверхпроводимости s-типа в тяжелофермионных соединениях // Письма в ЖЭТФ, 2006, т. 84, №4, стр. 251-255.
2. Val’kov V.V., Dzebisashvili D.M. Kinematic mechanism of the superconductivity in the periodic Anderson model // International Conference on Magnetism (ICM-2006). Books of Abstracts, Kyoto, Japan. August 20-25, 2006, p.144.
3. Вальков В.В., Дзебисашвили Д.М. Сверхпроводимость в периодической модели Андерсона // Тезисы докладов второй международной конференции «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости» ФПС’06. Москва-Звенигород, 9-13 октября 2006 г., стр. 46-47.
4. Вальков В.В., Дзебисашвили Д.М. Сверхпроводимость s-типа в периодической модели Андерсона // Тезисы докл. 34-го совещания по физике низких температур. НТ-34. Ростов-на-дону – п.Лоо, 26-30 сентября 2006 г., стр. 221-222.

Лаборатория теоретической физики

Разработана прогрессивная технология выращивания тригональных монокристаллов редкоземельных ферроборатов, в том числе новых мультиферроиков GdFe₃(BO₃)₄ и NdFe₃(BO₃)₄, с использованием растворов-расплавов на основе тримолибдата висмута.

C помощью магнитных, резонансных и нейтронографических (c использованием изотопа ¹¹В) исследований [1] установлено, что NdFe₃(BO₃)₄ упорядочивается при температуре T_N=30,5(5) К в антиферромагнитной легкоплоскостной структуре с магнитными моментами ионов Fe³⁺ и Nd³⁺, лежащими в базисной плоскости кристалла (рис. 1). Ниже 20 К на эту структуру накладывается слабая длиннопериодическая несоразмерность с волновым вектором структуры k = [0, 0, 3x = 3/2 + ε].

Магнитная структура GdFe₃(BO₃)₄ изучена с помощью антиферромагнитного резонанса. Установлено, что подсистема Fe³⁺ упорядочена антиферромагнитно при температурах ниже TN = 38 К и характеризуется анизотропией типа «легкая плоскость». Подсистема Gd³⁺ при T>4.2 K частично упорядочена за счет обменного взаимодействия с подсистемой железа, а ее вклад в магнитную анизотропию имеет противоположный знак. Из-за конкуренции вкладов и различия их температурных зависимостей в этом кристалле при низких температурах реализуется антиферромагнитная структура с магнитной анизотропией типа «легкая ось», которая при нагревании переходит при Т=10 К в структуру с легкоплоскостной анизотропией. Построены магнитные фазовые диаграммы GdFe₃(BO₃)₄ в полях, параллельных и перпендикулярных тригональной оси кристалла.

С целью изучения природы магнитной анизотропии GdFe₃(BO₃)₄ и разделения вкладов двух подсистем исследован АФМР в YFe3(BO3)4, содержащем только магнитные ионы Fe3+, а также в кристаллах с диамагнитным разбавлением в обеих подсистемах [2]. При Т=4,2 К вычислены эффективные поля анизотропии подсистем в GdFe₃(BO₃)₄: H^Fe_A =-1,44 кЭ и H^Gd_A= 1,52 кЭ.

1. P Fischer, V Pomjakushin, D Sheptyakov, L Keller, M Janoschek, B Roessli, J Schefer, G Petrakovskii, L Bez-maternikh, V Temerov and D Velikanov, “Simultaneous antiferromagnetic Fe3+ and Nd3+ ordering in NdFe3(11BO3)4”, J. Phys.: Condens. Matter 18, iss. 34 (2006) 7975–7989.
2. А.И.Панкрац, Г.А.Петраковский, В.И.Тугаринов, И.С.Хабаров, Л.Н.Безматерных, В.Л.Темеров. Антифер-ромагнитный резонанс, магнитная анизотропия и фазовые переходы в монокристаллах системы (Gd,Y,Ho)Fe3-xGax(BO3)4. Труды 34-го совещания по физике низких температур, п. Лоо, 26-30 сентября 2006 г., с. 120.

Лаборатория резонансных свойств магнитоупорядоченных веществ

Электронная структура высокотемпературных сверхпроводников La_2-xSr_xCuO₄ с учетом сильных электронных корреляций

Электронная структура высокотемпературных сверхпроводников La2-xSrxCuO4 рассчитана с учетом сильных электронных корреляций с использованием первопринципного метода LDA+GTB [1]. Эти расчеты позволили получить низкоэнергетический эффективный гамильтониан с параметрами, вычисленными ab initio. В рамках этого гамильтониана проанализирован магнитный механизм куперовского спаривания. Магнитный механизм с первопринципными параметрами гамильтониана в приближении среднего поля дает слишком большие значения критической температуры T_c~200K.

Вывод гамильтониана электрон-фононного взаимодействия при учете сильных электронных корреляций и реальной симметрии смещений ионов [2] позволил развить теорию высокотемпературной сверхпроводимости с одновременным учетом магнитного и фононного механизмов спаривания. Особенность развитого подхода заключается в использовании только одного феноменологического параметра G, определяющего интенсивность электрон-фононного взаимодействия. Электрон-фононное взаимодействие в зависимости от знака G ЭФВ может как подавлять, так и усиливать T_c, обусловленную магнитным механизмом спаривания. В La_2-xSr_xCuO₄ взаимодействие с дыхательной модой фононов доминирует и понижает критическую температуру сверхпроводника d-типа, обусловленную магнитным механизмом сверхпроводимости [3] (рис. 3).

1. Korshunov M.M., Gavrichkov V.A., Ovchinnikov S.G., Nekrasov I.A., Pchelkina Z.V., Anisimov V.I., Hybrid LDA and generalized tightbinding method for electronic structure calculations of strongly correlated electron systems // Phys.Rev. B. –2005. –72, 165104.
2. Овчинников С.Г., Шнейдер Е.И., Эффективный гамильтониан для ВТСП купратов с учетом электрон-фононного взаимодействия в режиме сильных корреляций // ЖЭТФ. –2005. –128, №5, 974–986.
3. Шнейдер Е.И., Овчинников С.Г., Фононный и магнитный механизм ВТСП в режиме сильных электронных корреляций. // Письма в ЖЭТФ, 83, №9, 462–466 (2006).

Лаборатория физики магнитных явлений