Наиболее значимые результаты исследований лаборатории сильных магнитных полей

Влияние спин-переориентационного перехода на спиновую динамику
в редкоземельном ортоферрите YbFeO₃

Авторы: С.Е. Никитин, К.А. Шайхутдинов

 

Методом оптической зонной плавки синтезированы монокристаллы ортоферрита YbFeO₃. Проведено подробное исследование спиновой динамики в полученном кристалле при температурах выше и ниже температуры спин-переориентационного перехода T_SR = 7.6 K в магнитных полях, приложенных вдоль осей a, b и c кристалла. Используя методику неупругого рассеяния нейтронов обнаружено, что спектр магнитных возбуждений состоит из двух мод, сильно разделенных по энергии: трехмерная мода с шириной 60 meV, связанная с антиферромагнитно упорядоченной подсистемой железа и квазиодномерные флуктуации порядка 1 meV, связанные с подсистемой иттербия. Такое квазиодномерное поведение подсистемы Yb в ортоферритах обнаружено впервые.

 

 

Спектры неупругого рассеяния нейтронов в YbFeO₃ при температурах выше (15 К, нижний ряд) и ниже (2 К, верхний ряд) спин-переориентационного перехода, показывающие квазиодномерный характер спиновых возбуждений вдоль направления L обратной решетки.

 Nikitin S.E., Wu L.S., Sefat A.S., Shaykhutdinov K.A., Lu Z., Meng S., Pomjakushina E.V, Conder K., Ehlers G., Lumsden M.D., Kolesnikov A.I., Barilo S., Guretskii S.A., Inosov D.S., Podlesnyak A.
Decoupled spin dynamics in the rare-earth orthoferrite YbFeO₃:
Evolution of magnetic excitations through the spin-reorientation transition //
Physical Review B. 2018. V. 98. P. 064424.

 

Упорядочение жидких кристаллов с помощью полимеров

Авторы: А.М. Паршин, В.Я. Зырянов, В.Ф. Шабанов

 

Получены и исследованы новые композитные материалы, состоящие из слоев жидких кристаллов (ЖК), взаимодействующих с поверхностями полимера, в качестве которого использовался поликарбонат, при различных условиях приготовления. Наблюдались новые “гранулобразные”, “нитевидные” (рис. 1(a)) или “полигональные” (рис. 1(b-c)) текстуры нематиков. Наиболее привлекательной является полигональная текстура, отражающая радиально-планарную (рис. 2(a)) или радиально-гомеотропную (рис. 2(b)) структуры. Если к сформированной радиально-планарной структуре прикладывать электрическое или магнитное поле, можно наблюдать переход к радиально-гомеотропной структуре, текстура которой представлена на рис. 1(d). Аналогичный переход наблюдался при сканировании температуры. Полученные композиты имеют привлекательные оптические свойства. Так, на трехцветных характеристиках оптического пропускания от приложенного электрического напряжения (Рис. 3) можно наблюдать расщепление максимумов красного (R), зеленого (G) и синего (B) света, что может быть использовано в дисплейных технологиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. A.M. Parshin, V.Y. Zyryanov, V.F. Shabanov. Scientific reports. 7. 3042. P. 1-8. (2017).
2. А.М. Паршин, В.Я. Зырянов, В.Ф. Шабанов. Жидк. крист. и их практич. использ. 17. №1. С. 83-92 (2017).

 

Исследованы температурные зависимости электросопротивления при различных величинах и ориентациях магнитного поля и транспортного тока композитов Y_3/4Lu_1/4Ba₂Cu₃O₇ + CuO и Y_3/4Lu_1/4Ba₂Cu₃O₇ + BaPbO₃, представляющих сеть джозефсоновских переходов. Ранее было показано, что указанные композиты демонстрируют значительный магниторезистивный эффект при температуре кипения жидкого азота, что перспективно для практического применения ВТСП-композитов в качестве высочувствительных датчиков магнитного поля. В ходе исследований выявлено, что магнитосопротивление указанных материалов чувствительно к взаимной ориентации транспортного тока и магнитного поля.

Обнаружено, что зависящее от угла θ между направлением транспортного тока и магнитного поля магнитосопротивление ведёт себя пропорционально sin²θ. Это указывает на то, что композиты на основе ВТСП, представляющие сеть джозефсоновских переходов, способны регистрировать не только величину, но также и вектор магнитной индукции. С целью исследования гистерезисного поведения магнитосопротивления гранулярных ВТСП и его взаимосвязи с магнитным гистерезисом проведены измерения магнитосопротивления R(H) и критического тока I_C(Н) композитов из ВТСП Y_3/4Lu_1/4Ba₂Cu₃O₇ и CuO. В таких композитах реализуется сеть джозефсоновских переходов, причём несверхпроводящий ингредиент выступает в качестве барьеров между ВТСП гранулами.

Гистерезисные зависимости магнитосопротивления R(H) исследованы в широком диапазоне плотности транспортного тока j и проанализированы в рамках двухуровневой модели гранулярного сверхпроводника, в которой диссипация происходит в джозефсоновской среде, а магнитный поток может закрепляться как в гранулах, так и в джозефсоновской среде. Экспериментально продемонстрирована взаимосвязь между гистерезисом критического тока I_C(Н) и эволюцией гистерезисной зависимости магнитосопротивления R(H) при варьировании транспортного тока. Исследовано влияние магнитной предыстории на гистерезисное поведение R(H) и появление участка с отрицательным магнитосопротивлением.

Рис.1.a Зависимости R(H) образца YBCO + 30vol. %CuO при различных значениях транспортного тока I (2, 4, 7, 10 mA – снизу вверх) и различных величинах максимально приложенного поля Hmax = 1, 2, 3…7 kOe при T = 4.2 K. Стрелки указывают направление изменения внешнего поля H. Зависимости R(H↑) (поле возрастает) показаны закрытыми символами, а зависимости R(H↓) (поле убывает) – открытыми символами. Штриховые линии поясняют определение значения полевой ширины гистерезиса ΔHR=const = H↓ - H↑

Рис.1b Ширина гистерезиса магнитосопротивления ΔHR=const = H↓ - H↑ при R = const (транспортный ток 2-10 mA ) в зависимости от значений H↓ для данных R(H) образца YBCO + 30vol. %CuO на рис1.a.

Впервые показано, что зависимости R(H) характеризуются независящим от транспортного тока параметром - шириной петли гистерезиса R(H). Это проиллюстрировано на рис. 1a,b. На рис. 1a приведены гистерезисные зависимости R(H) образца YBCO + 30CuO при различных значениях транспортного тока I (2, 4, 7, 10 mA – снизу вверх) и различных величинах максимально приложенного поля Hmax = 1, 2, 3…7 kOe при T = 4.2 K. А на рис. 1b показана ширина гистерезиса магнитосопротивления ΔH_R=const = H↓ - H↑при R = const (транспортный ток 2-10 mA ) в зависимости от значений H↓ для данных R(H) образца YBCO + 30CuO рис. 1a. Такое поведение указывает на то, гистерезис магнитосопротивления определяется только магнитным потоком, захваченным в сверхпроводящих гранулах, а влияние захвата магнитного потока в джозефсоновской среде несущественно для гистерезиса транспортных свойств исследованных объектов.

Проведены подробные исследования вольт-амперных характеристик (ВАХ) в широком интервале температур (77.4 – 300 К) и магнитных полей (0 - 25 Т) замещенных манганитов лантана как в виде моно- и поликристаллов, так и виде тонких пленок в широком диапазоне (до 1 А) аппаратурных токов. Основной целью работ было изучение влияния транспортного тока и приложенного электрического поля на электросопротивление данных материалов, т.е. возможности реализации широко известного механизма разрушения зарядового упорядочения в диэлектрических областях, возникающих в результате фазового расслоения манганитов. Было обнаружено, что ВАХ характеризуются участком с отрицательным дифференциальным сопротивлением, т.е. эффектом «токового переключения». Ниже температуры перехода металл-диэлектрик для всех образцов на ВАХ наблюдался гистерезис. Однако подробный анализ влияния внутреннего саморазогрева образца с привлечением экспериментальных данных по теплопроводности показал, что ВАХ подобного вида объясняются в рамках концепции неравновесного разогрева электронного газа (модель горячих электронов) и формирования токовых шнуров внутри образца. В качестве примера на рис. 2 представлены экспериментальные ВАХ монокристаллического (La_0.5Eu_0.5)_0.7Pb_0.3MnO₃ при различных температурах (рис. 2а) и результаты моделирования ВАХ в модели неравновесного разогрева электронного газа (рис. 2б).

Рис.2.a	Рис.2b

Магнитооптическими методами исследовано упорядочение нематического жидкого кристалла (ЖК) на поверхности гелеобразного полимера, отвердеваемого в присутствии ориентирующего магнитного поля. При данном способе приготовления в нематике возникает доменная структура, обусловленная фазовыми превращениями, связанными со спинодальным распадом двухфазной системы полимер-растворитель. Домены имеют планарную ориентацию, поскольку обращаются при наблюдении в поляризованном свете за изменением интенсивности окраски красителя, введенного в нематическую матрицу, при повороте анализатора на 900 (рис. 3).

Рис. 3. Обращение доменной структуры примесного нематика 5ЦБ, наблюдаемое в поляризационный микроскоп, при повороте поляризаторе на 90°. Ячейка сформирована при фазовом разделении ЖК и полимера в отсутствие магнитного поля. Положение вектора е световой волны параллельно (слева) и перпендикулярно (справа) выделенному направлению магнитного поля.

Рис. 4. Изменение интегрального дихроизма N* (o) примесного поглощения для серии полидоменных ЖК-ячеек, приготовленных при различных значениях магнитного поля H. Сплошная линия – интерполяция. Горизонтальной линией обозначен предел изменения данной величины, соответствующийдихроизму N калибровочной ЖК-ячейки.	Рис. 5. Экспериментальная (точки) и теоретически рассчитанные (линии) зависимости параметра порядка S* красителя КД-10 в матрице 5ЦБ от ориентирующего магнитного поля H. Штриховая гогизонтальная линия – ориентационный параметр порядка примесного красителя, полученный из измерений дихроизма монодоменного образца.

Директор ЖК в доменах ориентируется вдоль силовых линий поля, а степень упорядочения зависит от величины напряженности поля (рис. 4).

В полях Н ≥ 20 кЭ формируются монодоменные слои нематика ЖК, который после выключения поля остается однородно ориентированным вдоль заданного направления.

Зависимость степени упорядочения S* примесных молекул красителя в жидкокристаллической матрице от величины ориентирующего магнитного поля H, при различных значениях азимутальной энергии сцепления W_φ, показывает динамику упорядочения молекул ЖК (рис. 5.).

Экспериментальная зависимость параметра порядка S* близка к расчетной при значении W_φ = 1x10^-3 эрг/см². Данный результат свидетельствует, что ориентация ЖК в магнитном поле в доменных образованиях происходит при конечном и сравнительно небольшом значении энергии сцепления. Процесс увеличения степени ориентационной упорядоченности ЖК связан с последовательным непрерывным скольжением директора по полимерной поверхности, отверждаемой в магнитном поле. Упорядочение нематика в условиях фазового разделения существенно отличается от известного механизма жесткого закрепления ЖК на гладких поверхностях при охлаждении нематика в магнитном поле [J. Cheng, G.D. Boyd, Appl. Phys. Lett., 35, P. 444, (1979)].