Лаборатория резонансных свойств магнитоупорядоченных веществ

Сотрудники лаборатории

	Балаев Дмитрий Александрович директор	+7(391) 243-26-35	dabalaev@iph.krasn.ru
	Панкрац Анатолий Иванович, ведущий научный сотрудник	+7 391 2438923	pank@iph.krasn.ru
	Петраковский Герман Антонович главный научный сотрудник	+7 391 2494539	gap@iph.krasn.ru

Экспериментальные и теоретические исследования магнитной структуры моно- и поликристаллов, а также наноразмерных частиц магнитоактивных материалов.

Основные направления

• Поиск и синтез новых соединений в виде моно- и поликристаллов, проявляющих магнитное упорядочение.
• Экспериментальное исследование магнитной структуры и магнитных фазовых диаграмм таких соединений с помощью различных методик: магнитный резонанс (ЭПР, ФМР, АФМР), эффект Мёссбауэра, магнитометрия.
• Исследование магнитного состояния в наноразмерных частицах магнитоактивных материалов.
• Теоретический анализ обменных взаимодействий и магнитных структур в кристаллах и симметрийный анализ кристаллов, построение микроскопической и феноменологической теорий возникновения в них несоизмеримых и неколлинеарных магнитных структур.
• Исследование магнитных и транспортных свойств веществ на основе сульфидов 3d и 4f металлов.

Основные достижения

• Разработан СКВИД-магнитометр, позволяющий при криогенных температурах непосредственно измерить в динамике фотоиндуцированные изменения магнитного момента фотомагнитных кристаллов. В отличие от промышленного магнитометра типа MPMS разработанный в ИФ СО РАН СКВИД-магнитометр помимо выполнения стандартных статических магнитных измерений позволяет при криогенных температурах непосредственно измерить в динамике фотоиндуцированные изменения магнитного момента фотомагнитных кристаллов Δm. При этом величина регистрируемых фотоиндуцированных изменений Δm лежит на уровне 0,000001 и выше от величины магнитного момента m образцов. В данном случае решающее значение имеет тот факт, что чувствительность СКВИД-метода не зависит от уровня сигнала, на фоне которого проводятся измерения, поскольку СКВИДы реагируют исключительно на изменение магнитного потока. Также, поскольку измерения проводятся в слабых магнитных полях, отсутствуют негативные моменты, связанные с наличием остаточного намагничивающего поля в сверхпроводящем соленоиде при магнитополевом гистерезисе, что повышает достоверность результатов магнитных измерений (Патент РФ на изобретение № 2515059, Бюл. № 13 от 10.05.2014, Патент РФ на изобретение № 2530463, 27.06.2014).
• Разработан универсальный автоматизированный спектрометр магнитного резонанса с импульсным магнитным полем для исследований магнитного резонанса в широком классе магнитоупорядоченных веществ. Возможности серийных ЭПР-спектрометров, работающих на фиксированных частотах, для исследований частотно-полевых зависимостей резонанса в широком классе магнетиков сильно ограничены. Поэтому специально для исследований магнитного резонанса в магнитоупорядоченных веществах был разработан универсальный автоматизированный спектрометр магнитного резонанса с импульсным магнитным полем. Спектрометр обладает уникальным сочетанием возможностей: широкий диапазон частот (25 – 140 ГГц) достигается за счет многомодового режима волновода и набора сменных генераторов; для получения магнитных полей напряженностью до 100 кЭ используется импульсный метод; интервал рабочих температур составляет 4,2 - 400 К. Автоматизация спектрометра выполнена на базе высокоскоростной платы АЦП. Благодаря своей универсальности, спектрометр используется для исследования резонансных свойств антиферромагнетиков, ферро- и ферримагнетиков, парамагнетиков (монокристаллические и поликристаллические образцы, нанокристаллы).
• Проведены измерения мёссбауэровских спектров на ансамбле наночастиц ε-Fe2O3 в матрице кремниевого ксерогеля в температурном диапазоне 4–300 K. Анализ относительной интенсивности суперпарамагнитной (квадрупольный дублет) и магнитно расщепленной (секстеты) составляющих спектров в диапазоне 4–300 K позволил найти распределение частиц по размерам, которое согласуется с данными просвечивающей электронной микроскопии. Определены значения эффективных констант магнитной анизотропии (Keff), а также оценен вклад поверхностной анизотропии в зависимости от размера частиц. Показано, что величина Keff обратно пропорциональна диаметру частиц, что указывает на существенный вклад поверхности в магнитное состояние наночастиц ε-Fe2O3 (Ю.В. Князев, Д.А. Балаев, В.Л. Кириллов, О.А. Баюков, О.Н. Мартьянов Изучение суперпарамагнетизма ультрамалых наночастиц ε-Fe2O3 методом мёссбауэровской спектроскопии, Письма в ЖЭТФ 108, 558 (2018).

Основные приборы и оборудование

• СКВИД магнетометр. Прибор используется для исследования статических магнитных свойств широкого спектра объектов: от сильномагнитных ферро- и ферримагнетиков до спиновых стекол, мультислойных пленок и наноструктур.
• Спектрометр магнитного резонанса с импульсным магнитным полем
• Комплекс спектрометров электронного парамагнитного резонанса Предназначен для измерения количества парамагнитных центров в исследуемом веществе.
• Спектрометр ядерного γ-резонанса (эффект Мессбауэра) Позволяет проводить исследования спектров ядерного гамма-резонанса на ионах железа для определения состояния железа и его распределения по позициям кристаллических решеток.

Методы исследований

• Синтез монокристаллов из раствора-расплава, аморфизация высокоскоростной закалкой расплава, синтез твердотельной реакцией.
• Исследование статических магнитных и электрических характеристик магнетиков. 3. Изучение резонансных свойств неметаллических магнетиков методами ЭПР, АФМР в стационарных и импульсных магнитных полях, двойного радио-оптического резонанса
• Мессбауэровское исследование материалов.