Ученые ПИЯФ разработали уникальную методику неупругого малоуглового рассеяния нейтронов

Ученые НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ разработали и апробировали уникальную методику неупругого малоуглового рассеяния нейтронов. Работа «Спиновая киральность и энергетический ландшафт кубических геликоидальных магнетиков», выполненная авторским коллективом — Григорьевым С.В., Алтынбаевым Е.В., Пшеничным К.А., Москвиным Е.В., Малеевым С.В. — стала победителем премии имени И.В. Курчатова, итоги которого были подведены в марте 2020 года.

В современной физике конденсированного состояния важное место занимает исследование сложных магнитных структур, таких как геликоидальные магнетики с взаимодействием Дзялошинского-Мория, которое приводит к возникновению длиннопериодических спиралей определенной киральности, появлению «скирмионной решетки», сложным фазовым переходам с несколькими параметрами порядка. Известно, что магнитная структура соединений типа MnSi построена на иерархии взаимодействий: изотропного обменного взаимодействия, взаимодействия Дзялошинского-Мория, анизотропного обменного взаимодействия и кристаллографической анизотропии. Упорядочение в спираль и её односторонняя закрученность (спиновая киральность) обусловлена взаимодействием Дзялошинского-Мория, возникающим из-за нецентросимметричности кристаллической системы, а волновой вектор спирали равен отношению величин константы Дзялошинского и обменного интеграла. Именно знак взаимодействия Дзялошинского-Мория определяет спиновую киральность системы. Немаловажную роль играет и величина обменного изотропного (ферромагнитного) взаимодействия.

Хрупкое равновесие, обусловленное этими взаимодействиями, может быть легко нарушено внешними силами: давлением, магнитным полем, химическим замещением, что приводит к квантовым фазовым переходам по давлению, магнитному полю или концентрации. Показано, что в магнитных материалах с хиральной кристаллической структурой магноны, распространяющиеся параллельно и антипараллельно внешнему магнитному полю, имеют различный характер, причем знак их невзаимности зависит от хиральности подлежащей объемной кристаллической решетки. Установлено, что знак невзаимности прямо связан с взаимодействием Дзялошинского-Мория, как источником наблюдаемой невзаимности. Определение величин констант обменных взаимодействий и их знаков является актуальной задачей, решение которой позволит создавать системы с заданным значением периода и киральности магнитной спирали в широком температурном диапазоне.

В ходе проведенных авторским коллективом исследований для целого класса геликоидальных магнитных систем были определены основные параметры (знак и величина) обменных взаимодействий.

Установленные закономерности вносят значительный вклад в современные представления о геликоидальных магнитных системах. Разработанная и апробированная методика неупругого малоуглового рассеяния нейтронов является уникальной и позволяет экспериментально определить константы обменных взаимодействий, формирующих энергетический ландшафт магнитной системы.

Петербургский институт ядерной физики имени Б.П.Константинова (ПИЯФ) был основан в 1956 году как филиал знаменитого Ленинградского физтеха и в 1971 году стал уже самостоятельным институтом, носящим имя своего основателя. В институте проводятся фундаментальные научные исследования в области физики элементарных частиц и высоких энергий, ядерной физики, физики конденсированных сред, молекулярной и радиационной биофизики. Кроме того, ведутся исследования в прикладных областях, где применение самых передовых научных решений приводит к принципиально новым разработкам в области приборостроения, медицины и экологии. В институте действуют две базовых экспериментальных установки - реактор ВВР-М и протонный ускоритель. В настоящее время ПИЯФ организационно подчинён Курчатовскому институту