Квантовые основные состояния низкоразмерных магнетиков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

ВОЖОВА ОЛЬГА СЕРГЕЕВНА

КВАНТОВЫЕ ОСНОВНЫЕ СОСТОЯНИЯ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ МАГНЕТИКОВ

01.04.09 - физика низких температур

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва, 2014 г. 3 О СКТ 2014

005553850

005553850

Работа выполнена на кафедре физики низких температур и сверхпроводимости физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Научный консультант: Васильев Александр Николаевич

доктор физико-математических наук, профессор. Физический факультет Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова; заведующий кафедрой физики низких температур и сверхпроводимости. Официальные оппоненты: Гуфаы Юрий Михайлович

доктор физико-математических паук, профессор. Научно Исследовательский Ипститут Физики Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Южный федеральный университет"; заведующий отделом теоретической физики. Любутин Игорь Савельевич

доктор физико-математических наук, профессор. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт кристаллографии имени A.B. Шубникова; заведующий отделом ядерных методов и магнитных структур. Мепушенков Алексей Павлович

доктор физико-математических наук, профессор. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»; и.о. заведующего кафедрой физики твердого тела и наносистем. Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение пауки Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии паук

Защита состоится 20 ноября 2014 г. в в на заседании Диссертационного совета

Д.501.001.10 при Московском государственном университете имени М.ВЛомоносова по адресу: 119991 ГСП-1 Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 35, конференц-зал Центра коллективного пользования физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотеки МГУ имени М.ВЛомоносова (Ломоносовский пр., д. 27) и в сети по адресу http://www.phys.msu.ru/rus/research/diss^/sovet-D5-l-001-70/. Автореферат разослан

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 501.001.70, Г.С. Плотников

доктор физико - математических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Фундаментальная значимость заявленной проблемы и ее актуальность определяются тем, что работы по изучению физических свойств новых магнитных материалов направлены на позйание наиболее общих эффектов и взаимодействий, формирующих квантовые основные состояния материи. В рамках единой научной картины мира могут рассматриваться не только проблемы физики конденсированного состояния, например, проблема сверхпроводимости, но и космологии и элементарных частиц (в этом плане полезно сопоставить поле Гинзбурга-Ландау и поле Хиггса - Энглера — Браута). В пределах заявленной проблемы рассматриваются и такие «частные» вопросы как нахождение общности между квантовыми кооперативными явлениями в конденсированных средах. Частными, впрочем, эти вопросы можно считать лишь условно, поскольку к физике конденсированного состояния вещества относится основная доля всех физических исследований. Квантовые кооперативные явления - магнетизм, сверхпроводимость, волны зарядовой плотности, бозе-эйнштейновская конденсация и т.д. - образуют особый, наиболее актуальный раздел физики конденсированного состояния. Именно квантовые аспекты в поведении материи ("запутывание" волновых функций, спин-поляризованный транспорт, экзотическая сверхпроводимость) лежат в основе или предполагаются к использованию в наиболее передовых технологиях. Настоящая работа направлена на установление фундаментальной общности и глубинных аналогий между низкоразмерным и фрустрированным магнетизмом, с одной стороны, и сверхпроводимостью, с другой стороны. Эти два явления - магнетизм и сверхпроводимость, считавшиеся долгое время антиподами, обнаруживают общие черты в объектах, находившихся ранее вне поля зрения теоретиков и экспериментаторов. Само обнаружение высокотемпературной сверхпроводимости в сложных оксидах переходных

металлов, которые исходно являются антиферромагнитными изоляторами, полностью изменило вектор развития физики твердого тела. Интерес стали привлекать так называемые «новые магнетики», т.е. вещества с пониженной размерностью магнитной подсистемы и фрустрацией обменного взаимодействия. Стало ясно, что в некоторых из этих систем основным состоянием материи является спиновая жидкость, а свойства этого состояния и его элементарных возбуждений близки к свойствам электронной жидкости в сверхпроводниках. Этим, собственно, и определяется научная значимость заявленной проблемы.

В настоящей работе впервые систематически исследованы термодинамические свойства новых низкоразмерных металооксидов в целом ряде семейств, включая силикаты переходных металлов Ыа2Си25140| №2Си58140и, ВаУБЬСЬ; нитраты переходных металлов Си(М0з)2-Н20, (МО)Си(ЫООз, ЯЬзЫ12(НОз)7, N¡(N03)2; сложные одно- и двумерных металлооксиды Сг3(Р04)2, Си2Аз207, 1л2Си7г04, /\gFeO2; трехмерные решетки Шастри - Сазерленда ВазСи31п4.х8схО]2. Для получения более полной картины квантовых основных состояний в исследованных объектах первичная термодинамическая характеризация была дополнена и расширена (в сотрудничестве с другими научно — исследовательскими группами) данными о резонансных свойствах, исследований с помошью нейтронов, мюонов, спектров поглощения рентгеновского излучения, теоретических первопринципных расчетов энергетического спектра. Спецификой проведенных исследований является не только международная коллаборация, сопровождаемая публикациями в ведущих научных журналах по физике конденсированного состояния, но и острая конкуренция. При выполнении настоящей работы происходили конкурентные "пересечения", вплоть до установления приоритета и выяснения даты представления статей к публикации, с Принстонским Университетом, США (работы по ВазСи^ПдО^), Национальным Центром Исследования Материалов, Цукуба, Япония (работы по А§Ре02).

Степень разработанности

Проблема низкоразмерного магнетизма известна давно и получила мощный импульс при обнаружении сверхпроводимости в металлооксидных соединениях. В результате исследования первых высокотемпературных сверхпроводников - сложных оксидов на основе меди - было установлено, что, наряду с взаимодействием электронов проводимости с решеткой, важная роль в формировании сверхпроводящего состояния принадлежит магнитной подсистеме. Новые высокотемпературные сверхпроводники - пниктиды и халькогениды железа - также демонстрируют необычные магнитные свойства при высоких температурах. Этот магнетизм, в отличие от "классического" магнетизма железа обладает рядом принципиальных особенностей, что объясняет его современную классификацию как "новый магнетизм". Низкоразмерный магнетизм наиболее ярко проявляется во фрустрированных топологиях, когда формирование дальнего магнитного порядка затруднено или оказывается невозможным. При этом масштаб обменного магнитного взаимодействия может оказаться большим не только азотной, но и комнатной температуры. В такой ситуации магнетизм и сверхпроводимость не только конкурируют, но и "помогают" друг другу. В этом плане легирование сложных купратов носителями заряда не только подавляет антиферромагнетизм, но и открывает путь к формированию сверхпроводящего состояния. Аналогичные процессы разыгрываются и в недавно открытых "железных" сверхпроводниках. Важно отметить, что исследования в области низкоразмерного магнетизма нацелены не только на повышение функциональных характеристик магнитных материалов, но и формируют новые направления в физике конденсированного состояния. Это, прежде всего, физика спиновых жидкостей, неколлинеарных и экзотических магнитных структур, мультиферроэлектричества и квантовой суперпозиции состояний.

Цели н задачи работы

Целью настоящей работы являлось установление квантовых основных состояний в новых низкоразмерных магнетиках в классах металлооксидных и металлонитратных соединений. Для достижения поставленной в работе дели решались следующие задачи:

- поиск новых низкоразмерных магнетиков,

- синтез низкоразмерных магнетиков,

анализ структурных и микроструктурных параметров методами рентгеновской дифракции,

- установление магнитных и тепловых характеристик в широких диапазонах магнитных полей и температур,

- установление температур структурных и магнитных фазовых переходов,

- установление параметров квантовых основных состояний.

Научная новизна работы

В настоящей работе впервые установлены механизмы формирования и параметры квантовых основных состояний в целом ряде низкоразмерных магнетиков.

Впервые установлено синглетное основное состояние в квазиодномерных димерных соединениях, ШгСигБЦОп^НгО и Ка2Си2Й!,,0|1. В этих материалах обнаружена уникальная возможность управления магнитными параметрами за счет вариации содержания воды. В низкоразмерном антиферромагнетике с пятикратно - альтернированной цепочкой Б = 1/2 №2Си5514014 впервые обнаружено плато 3/5 на кривой намагничивания.

Впервые исследованы сходства и отличия t2g аналога на основе V ВаУ^гСЬ от широко известного красителя династии Хань на основе меди ВаСи81206 с магнитоактивной её орбиталью. Установлены основные свойства

ВаЛ^зОу, то есть масштаб внутридимерных и междимерных обменных взаимодействий.

Впервые определены параметры магнитных состояний, формирующихся при низких температурах в нитратах переходных металлов Си(М0з)2-Н20, (ЫО)Си(ЫОя)з, ЯЬзЫ12(ЫОз)7 и установлено влияние на них размерных корреляционных эффектов при высоких температурах.

Впервые обнаружены или предсказаны неколлинеарные (экзотические) основные состояния в некоторых нпзкоразмерных магнетиках. В нитрате никеля N¡(N0.1)2 с антиферромагнитной решеткой Типа кагоме со спином Б = 1 установлено ферримагнитное состояние со спонтанным магнитным моментом. В семействе соединений ВазСи31п4.х8схО|2 обнаружено антиферромагнитное основное состояние, для которого предложена модель трех взаимно -ортогональных антиферромагнитных подрешеток.

Теоретическая и практическая значимость работы

Поскольку приоритетной задачей настоящей работы являлось установление общих закономерностей в достижении квантовых основных состояний функциональных материалов, работа по ее выполнению сводилась к изучению весьма широкого круга новых оксидов и нитратов переходных металлов. Исследования по данной тематике проводятся во многих лабораториях мира. В Российской Федерации исследованиям функциональных материалов, предполагаемых для использования в энергосберегающих технологиях, также традиционно уделяется большое внимание. Существующие проблемы в области данного исследования связаны с поиском и улучшением функциональных параметров новых магнитных соединений, приведением их характеристик в соответствие с требованиями инновационных технологий. Для достижения заявленной цели во всем мире в режиме параллельных исследований решаются конкретные задачи по установлению доминирующих механизмов обменного магнитного взаимодействия, определению параметров

обменного взаимодействия в новых магнитных материалах. В результате проведения комплексного исследования этих материалов были получены приоритетные данные об основных закономерностях формирования основного состояния, установлены фазовые диаграммы и определены характеристики магнитной подсистемы при формировании дальнего магнитного порядка. Полученные данные стимулировали развитие теоретических представлений о структуре материи.

Работа выполнялась при частичной финансовой поддержке РФФИ (гранты 07-02-00350, 11-02-00083, 14-02-00111, 14-02-92002). Полученные результаты могут представлять практический интерес для научно-исследовательских организаций, занимающихся созданием квантовых компьютеров и магнитных сенсоров, в частности, МИРЭА, МИИТ, МИЭТ, МФТИ, ИФП РАН, ИФТТ РАН, ФИАН, ИОФАН и др.

Методология и методы исследования

Для выполнения настоящего научного исследования был использован арсенал современного материаловедения, химии твердого тела и физики конденсированного состояния. Путем сочетания методов и подходов, выработанных этими науками, возможна всесторонняя характеризация новых объектов. На основе специально отработанной методики, опирающейся на особенности кристаллической структуры, производился поиск и отбор перспективных неорганических соединений. Кристаллические структуры этих соединений и контроль их качества устанавливались методами рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа. Термодинамические свойства материалов изучались в измерениях намагниченности и теплоемкости в широком интервале магнитных полей и температур. В наиболее интересных случаях были проведены измерения намагниченности в импульсных магнитных полях. Особенности формирования квантовых основных состояний в новых соединениях дополнительно исследовались в сотрудничестве с партнерскими

научно " ' ~ исследовательскими группами методами электронного парамагнитного резонанса, ядерного квадрупольного и магнитного резонанса, в особо интересных случаях, рассеяния нейтронов и мюонов. Теоретическая поддержка полученных экспериментальных результатов также выполнялась в партнерских научно - исследовательских группах и включала аналитические расчеты и численные вычисления параметров зонной структуры.

Положения, выносимые на защиту

Целый ряд новых низкоразмерных соединений, включая димерные и цепочечные силикаты переходных металлов КагСи^дО! ВаХ^гОу и Ыа2Си58140п; димеры, цепочки и двумерные плоскости в нитратах переходных металлов ЯЬ3Ы12(ЫОз)7, (Ы0)Си(К03)з и Си(Ж>3)2-Н20, N¡(N03)2; цепочки и двумерные плоскости в металооксидах Сгз(Р04)2, Си2А5207, 1л2Си7гО.<, и ЛцРе02; трехмерные решетки Шастри — Сазерленда ВазСи3[п4.х8схО|2, был охарактеризован в исследованиях намагниченности и теплоемкости. Впервые в указанных системах установлено квантовое основное состояние и определены пути его достижения. Полученные результаты могут быть сформулированы в виде следующих выносимык на защиту утверждений:

- Квантовым основным состоянием двух квазиодномерных соединений, ^та2Си28ц0ц-2Н20 и ЫагСигЯЦОп, является спиновый синглет. Величина энергетической щели зависит от количества молекул Н20 в микропористой структуре, обеспечивая уникальную возможность для подстройки этого параметра за счет вариации содержания воды. Квантовым основным состоянием ЫагСизЗЦО)., является антиферромагнитная структура, демонстрирующая плато 3/5 на кривой намагничивания при Т < Тм- Спин -димерное соединение ВаХ^ьО? обнаруживает явление Бозе - Эйнштейновской конденсации магнонов, индуцированное внешним магнитным полем при низких температурах;

Квантовым основным состоянием Си(Ы0з)2"Н2О является антиферромагнитная структура, формирующаяся при Тн = 3.25 К. Спин-флоп и спин-флип превращения описывают эволюцию антиферромагнитной подсистемы Си(Ж)з)2Н20, подрешетки которой принадлежат различным слоям. В низкоразмерном антиферромагнетике К.Ьз№2(Н03)7 дальний магнитный порядок возникает при = 4.1 К, причем термодинамические характеристики указывают на существование в этой фазе димеров 8 = 1 с энергетической щелью Д = 5.5 К. В нигратокупрате нитрозония (КО)[Си(ЫОз)3] ближний магнитный порядок формируется при температуре корреляционного максимума Ттах ~ 105 К, а дальний магнитный порядок возникает при температуре Нееля Тм = 0.58 К. Топология магнитных взаимодействий в этом соединении позволяет описывать его моделью "флага конфедерата". Квантовым основным состоянием нитрата никеля N¡(N03)2 является неколлинеарная ферримагнитная структура, формирующаяся при Тс = 5.5 К. Такая структура обязана конкуренции внутриплоскостных и межплоскостных антиферромагнитных взаимодействий;

- В ортофосфате хрома а-Сг3(Р04)2 при Тс = 29 К реализуется ферримагнитное основное состояние. Уникальной особенностью этой структуры является многократное обращение намагниченности при низких температурах. В системе Си2Аз207 установлено сосуществование ближнего и дальнего порядка. Ближний порядок обусловлен альтернированием изолированных магнитных цепочек. Формирование дальнего антиферромагнитного порядка при Тц = 13 К происходит за счет межцепочечных обменных взаимодействий. В Ы2Си2Ю4 имеет место сосуществование активных электрической и магнитной подсистем. При Тк = 6.8 К система переходит в состояние длиннопериодного несоизмеримого геликоида. Квантовое основное состояние в AgFe02 реализуется через последовательность магнитных фазовых переходов при Т) = 7 К и Т2 = 15 К. Приложение магнитного поля сопровождается в этом соединении метамагнитными превращениями. Квантовое основное состояние

низкоразмерного антиферромагнетика ВазС^щО^ с топологией спиновой подсистемы типа «бумажная цепочка» формируется тремя взаимно-ортогональными магнитными подрешетками. Установлены магнитные характеристики и построена магнитная фазовая диатрамма системы ВазСиз^щ. х8сх)О,2(х = 0-4).

Степень достоверности н апробация результатов

По теме диссертационной работы опубликовано 17 статей, включая 10 статей в журналах из списка Топ — 25% по импакт фактору по версии Thomson Reuters, как то Physical Review Letters, Physical Review В, European Physics Letters (которые также присутствуют в списке Всероссийской Аттестационной Комиссии). Уровень признания полученных в работе результатов может быть оценен также из наукометрических показателей автора, которые на момент представления работы составляли индекс Хирша 10, число цитирований 400, число опубликованных статей 65.

Основные результаты работы были представлены в виде 39 устных и постерных докладов. Приглашенные доклады были сделаны на I Российско -Тайваньском Симпозиуме по магнетизму, сверхпроводимости и электронной структуре твердых тел, Каошон 2012, IV Международной конференции для молодых ученых, 3-7 июня, 2013, Харьков, Украина и International Conference on Quantum transport and fluctuations at nanoscale, 1 - 5 Сентября, Черногория, 2008. Некоторые аспекты работы были представлены также на семинарах в Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова, в Институте физических проблем имени П.Л. Капицы Российской Академии Наук, в Институте физики твердого тела и материаловедения имени Лейбница, Дрезден, Германия, в Международной лаборатории сильных магнитных полей, Вроцлав, Польша.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы задачи исследований, и дан анализ научной новизны исследований, положенных в основу диссертационной работы.

В первой главе представлен аналитический обзор литературы по основным классам низкоразмерных магнетиков. Приведено описание основных термодинамических свойств изолированных магнитных кластеров, включая димеры, тримеры, тетрамеры. Рассмотрены основные свойства бесщелевых однородных цепочек с полуцелочисленным спином, а также механизмы появления спиновой щели в спектре магнитных возбуждений таких цепочек. Представлено описание спин - жидкостного состояния в спиновых лестницах, а также в комбинации спиновых цепочек и спиновых лестниц. Описаны двумерные фрустрированные модели на примере решеток типа «кагоме» и Шастри - Сазерленда.

Во второй главе приводится описание экспериментальных методик, использованных в работе. При выполнении настоящей работы были синтезированы поликристаллические и монокристаллические образцы низкоразмерных металлооксидных магнетиков. Синтез образцов осуществлялся твердофазным методом. Фазовый состав образцов анализировался на рентгеновском дифрактометре общего назначения.

В представленной работе теплоемкость исследованных соединений изучалась с помощью квазиадиабатических калориметров (Термис) и системы измерения физических свойств (PPMS-9T, Quantum Design).

Магнитные свойства образцов измерялись с помощью СКВИД магнитометров (MPMS-7T "Quantum Design"), вибрационных магнитометров и магнитометров импульсных магнитных полей.

В третьей главе дано описание квантового основного состояния в низкоразмерных силикатах ЫагСигЗцОп'^НгО (0 < х < 2), ЫагСщЗЦОи, ВаУ81207.

Магнитные свойства N320^28140ц-2Н20 и ^гСигБЦОп, представленные на рисунке 1 (верхняя панель), типичны для низкоразмерных спиновых систем. Зависимости х(Т) демонстрируют широкие максимумы при 61 и 49 К, соответственно. Для обоих соединений, быстрое уменьшение магнитной восприимчивости при низкой температуре указывает на синглетное основное состояние. Возрастание магнитной восприимчивости при низких температурах связывается с изолированными магнитными центрами на обрывках цепей, которые чувствительны к термической обработке образца. Результаты обработки температурных зависимостей магнитной восприимчивости указывают на применимость димерной моделге в исследованных соединениях, что может быть обусловлено соединением полиэдров Си06 (Си05) через цис - и транс ребра в цепочках, рисунок 1 (средняя и нижняя панели). Значение щели 96 К и 85 К в ЫагСшЯЦО! 1-2Н20 и ^гсигйцоц зависит 6т количества молекул воды в микропористой структуре, обеспечивая уникальную возможность для подстройки этого параметра за счет вариации содержания воды.

Система Ыа2Си58140|4 испытывает переход в антиферромагнитное состояние при Тц = 7 К. В этой фазе наблюдается плато 3/5 на кривой намагничивания. Его присутствие связывается - с особенностями поведения пятикратно - сегментированной цепочки катионов меди [1]. Антиферромагнитные взаимодействия в №2Си5$140|4 приводят к отрицательным значениям температуры Вейсса 0 = - 35 К, как это следует из аппроксимации экспериментальных данных при высоких температурах.

Проявление ферромагнитных корреляций с понижением температуры может быть связано с обменами типа Дзялошинского — Морийя. Наличие фрустрации в системе приводит к выделению значительной части магнитной

энтропии при высоких температурах, что проявляется и в магнитной восприимчивости, и в теплоемкости.

Рисунок 1. Температурные

---зависимости магнитной вос-

0.008 -

//Л&ц приимчивосги Кч^ОиНЦО! г?.1 ЬО ъ о.ооб -! I / х ■

| 1// ^^^^ (квадраты) и №2Си28140ц (круги),

I 0.004 -V , ...

— / измеренные в поле 1 1. Сплошными

0 002 "У линиями представлены теоретичес-

00°4--£--1оо-150 200 250--эдо кие аппроксимации суммой димер-

т (К) т/.

ного слагаемого матрицы и Кюри —

Вейссовского слагаемого от дефек-

в плоскости а1х Медь находится в пирамидах Си05 (средняя панель) Ж Ж либо в октаэдрах СиОб (нижняя

ШГ панель). Силикатные ¡руппы 8104 представлены тетраэдрами. Катионы натрия представлены отдельными сферами. Молекулы Н20 находятся / в координационном октаэдре меди

справа.

В настоящей работе димерная система 8 = 1/2 ВаУ81207 охарактеризована с помощью термодинамических и резонансных измерений. Это соединение является 12г аналогом на основе ванадия красителя династии Хань ВаСи8Ь06, который привлек значительное внимание в связи с бозе-эйнштейновской конденсацией магнонов в этом димерном соединении. Наибольший интерес представляло сопоставление физических свойств этих соединений. Широкий

максимум в температурной зависимости магнитной

восприимчивости и аномалия Типа Шотгки в теплоемкости позволили оценить главное обменное взаимодействие в димерах V4t - V4+ как J = 37+1 К. Эта оценка подтверждается в измерениях в импульсных магнитных полях, где обнаружен индуцированный полем синглет - триплетный переход при 27 Т. Обменное взаимодействие между димерами было оценено значительно меньшим по сравнению с обменным взаимодействием внутри димера. Температурные зависимости интенсивности сигнала ЭПР Х-диапазона находятся в хорошем соответствии с термодинамическими измерениями. Электронные расчеты структуры с помощью приближения локальной плотности показывают, что магнитные свойства BaVSi207 могут быть объяснены в модели слабовзаимодействующих димеров. В отличие от системы с сильновзаимодействующими eg - димерами BaCuSi206 его t2g - аналог BaVSi207 демонстрирует черты почти изолированных димеров.

В четвертой главе рассмотрены эффекты ближнего и дальнего магнитного порядка в цепочках, лестницах и плоскостях нитратов переходных металлов (N0)[Cu(N03)3], Cu(N03)2-H20, Rb3Ni2(N03)7 и Ni(N03)2.

Кристаллическая структура (N0)[Cu(N03)3] представлена слабо связанными слоями, структура которых показана на рисунке 2(правая панель). Предположительно самое сильное взаимодействие J между ионами Cu2h (S = 'А) обеспечивается через группы N03", формируя бесконечные горизонтальные цепочки вдоль оси Ь. Эти цепочки связаны через ионы N03" и NO+ в плоскости Ьс, таким образом, что вертикальное обменное взаимодействие вдоль оси с, оказывается в два раза большим, чем обменное взаимодействие вдоль диагонали, J2. Имеется два симметричных суперобменных путя дающих вклад в J', в то время как, только один путь обмена (и эквивалентный по симметрии) дает вклад в J2. Тем самым, топология магнитной подсистемы в (N0)[Cu(N03)3] может рассматриваться в качестве реализации модели "флага конфедерата" J » J' = 2J2 (рисунок 2 (левая панель)) [2].

Рисунок 2. Схематичное представление анизотропной модели флага конфедерата (левая панель). Кристаллическая структура (ЫО)[Си(ЫОз)з]-Зелеными сферами представлены катионы Си2+. Гантелями представлены 1руппы ]МО+. Анионы N03" представлены плоскими треугольниками (правая панель).

Основное состояние двумерного магнетика при соотношении У/}2 = 2, ) » Г = 2}2 обсуждается з теоретических работах в рамках моделей кУВ (резонансных валентных связей) [2] или УВС (кристалл на валентных связях) [3]. В любом случае, при соотношении = 2 на ионах меди исчезает внутреннее магнитное поле, что делает теорию среднего поля для взаимодействующих цепочек неприменимой.

Температурная зависимость магнитной восприимчивости % в (МО)[Си(МОз)з], измеренная в магнитном поле 0.1 Т, ориентированном в плоскости Ьс, показана на рисунке 3. При понижении температуры магнитная восприимчивость сначала увеличивается, проходит через широкий максимум и затем снова увеличивается, показывая Кюри-Вейссовское поведение. Широкий максимум х(Т) может рассматриваться как признак низкоразмерности магнитной подсистемы (МО)[Си(ЫОз)з]. Особенность при низких температурах значительно подавляется магнитным полем 5 Т.

0.035 0.030 ^ 0.025 3 0.020 0.015 ■1 ~ 0 010 К 0.005 \ 0.000 Л

112 3 4: —Л» В (Т)

■■—— В = 0.1 Т ' ■— — В = 5Т

О 100 200 300

Т(К)

Рисунок 3. Температурные зависимости магнитной восприимчивости (Ы0)Си(Ы03)3, измеренные в разных магнитных полях. На вставке представлена полевая зависимость намагниченности - закрытые точки, линейный ход, показанный пунктирной линией и сублинейный ход, полученный вычитанием из общей намагниченности линейного хода.

Возрастание магнитной восприимчивости при низких температурах позволяет

предположить, что

(МЭ)[Си(ЫОз)з] находится вблизи

некоторого магнитного упорядочения, что и было подтверждено в измерениях температурных зависимостей теплоемкости, представленных на рисунке 4.

0 20 40 60 80 Т (К )

Рисунок 4. Температурные зависимости теплоемкости (1ЧО)Си(КОз)3 измеренные в различных магнитных полях. Для ясности зависимости, полученные в различных полях ДВ = 1Т, сдвинуты друг относительно друга. Сплошной линией показана граница существования магнитоупорядоченной фазы. На вставке представлена зависимость С/Т-Т2 при Т>ТН при В=0Т.

Дополнительные указания на выраженную одномерность магнитной подсистемы в (Ж))Си(Ж)з)з были получены в исследованиях рамановских

спектров, рассеяния мюонов, неупругого рассеяния нейтронов. Возможно, квантовое основное состояние в (ЫО)[Си(ЫОз)з] близко к модели "флага конфедерата", однако оказывается нестабильным к дополнительным взаимодействиям (нефрустрированные внутриплоскостные возбуждения, взаимодействия Дзялошинского-Морийи), которые приводят к трехмерному дальнему магнитному порядку при более низких температурах.

В слоистом соединении Си(М03)2-Н20 в измерениях магнитных и тепловых свойств установлено формирование антиферромагнитного состояния при Тк. = 3.25 К и спин - переориентационного перехода при Т* = 2.6 К. Магнитные моменты ионов Си2+ ориентированы в плоскости Ъс, будучи ферромагнитно связанными между собой. Вдоль оси а магнитоактивные слои связаны, по-видимому, антиферромагнитным взаимодействием. Спин-флоп и спин-флип превращения, тем самым, описывают эволюцию антиферромагнитной подсистемы Си(Ы0з)2-Н20, подрешетки которой принадлежат различным слоям. В этой модели спин - переориентационный переход обязан спонтанному изменению направления вектора намагниченности в магнитоактивном слое.

В системе ШэзМгСЫОз^ со спиновой лестницей 5=1 был обнаружен переход в антиферромагнитное состояние при Тц = 4.1 К, что проявляется в виде излома на температурной зависимости магнитной восприимчивости и избыточного вклада в теплоемкость ниже Тм. Вместе с тем, широкий максимум на зависимости уи(Т) и аномалия Шоттки на зависимости С(Т), свидетельствуют о присутствии Б = 1 антиферромагнитных димеров с А = 11 К. Структурно эти димеры вероятно расположены по рангу спиновой лестницы. Для объяснения предполагаемого сосуществования дальнего магнитного порядка и димеризации можно было бы в первую очередь предположить наличие потенциальных дефектов в структуре Ш^МгСИОз)?. Так, отсутствие одного из атомов в димере привело бы к появлению свободного магнитного центра 1чП2+. Известно, что внедрение примесных центров никеля в спин - Пайерлсовское соединение СиСе03 проявляется в виде формирования дальнего

антиферромагнитного порядка в системе [5]. Однако, наблюдаемые свойства могут быть связаны также с присутствием взаимодействия Дзялошинского - Морийя и обменными магнитными взаимодействиями между димерами в Rb3Ni2(N03)7. Ранее в Cu2Te205Br2, где содержатся тетраэдры S = 1/2, наблюдалось сосуществование низкоэнергетической динамики синглета и слабого антиферромагнетизма, наведенного взаимодействием Дзялошинского-Морийя [6].

Исследование основного ферримагнитного состояния Тс = 5.5 К ± 0.25 К в Ni(N03)2, где магнитная подсистема представляет собой решетку кагоме из атомов Nil, с атомами Ni2 в гексагональных пустотах, осуществлялось путем исследования термодинамических свойств, спектров поглощения рентгеновского излучения и проведения первопринципных теоретических расчетов энергетического спектра. Основное состояние Ni(NOj)2 может быть описано довольно сложной магнитной моделью, где изотропные обменные антиферромагнитные взаимодействия формируют трехмерную магнитную структуру со спонтанным моментом.

В пятой главе рассмотрен ближний и дальний порядок в цепочках и плоскостях низкоразмерных металлооксидов Li2CuZr04, Cu2As207, а -Сг3(Р04)2 и AgFe02.

В структуре /-Li2CuZr04 ионы меди формируют ленты из соединенных по ребру квадратов Си04, как показано на рисунке 5. Угол связи ZCu - О - Си составляет 94°, что отвечает ферромагнитному обмену и близко к критическому значению угла связи медь - кислород - медь 96°, разделяющему ферро- и антиферромагнитное значения обменного магнитного взаимодействия [7]. Ионы лития занимают две позиции, причем позиция Lib которая находится между слоями Cu-Li, наполовину заполнена и подвижна.

Рисунок 5. Элементарная ячейка у-Ь^Си/гО). Катионы меди Си2* находятся в квадратном окружении атомов кислорода, катионы находятся в октаэдрическом кислородном окружении, отдельные сферы обозначают две позиции ионов и+.

Для установления температуры магнитного упорядочения в системе Ы2Си7г04 были выполнены подробные низкотемпературные измерения магнитной восприимчивости, теплоемкости и спектров рассеяния мюонов, представленные на рисунке 6. Видно, что максимум при 8 К на температурной зависимости магнитной восприимчивости %(Т) не соответствует формированию магнитоупорядоченного состояния. Дальний магнитный порядок возникает при более низкой температуре Тм = 6.8 К, при которой демонстрируют аномалию температурные зависимости производной магнитной восприимчивости с1х/с1Т, теплоемкость С и скорость релаксации мюонов.

Рисунок 6. На верхней панели представлены температурные

зависимости магнитной

восприимчивости и ее производной в Ы2Си2г04. На нижней панели представлены температурная

зависимость теплоемкости и скорости релаксации мюонов в Li2CuZr04.

Т(К)

Обменное взаимодействие в цепочке между ближайшими соседями из первопринципных расчетов было найдено ферромагнитным I, = 151 К, следующее за ближайшим - антиферромагнитным 12 = 35 К (а = -12#| = 0.23), что позволяет рассматривать 1л2Си2Ю4, как систему расположенную вблизи квантовой критической точки ас = 0.25, разделяющей ферромагнитную цепочку 0 < а <ас и антиферромагнитный геликоид а > ас- Межцепочечное взаимодействие составило 13 = 6 К. Если построить фазовую диаграмму известных соединений с медными цепочками, как показано на рисунке 7 (левая панель),

0.6

0.4

Е 0.2

£

: = оо О, = 0), Ю-АГМ ВеЖе-АпэсЛг

/ /6 (82°) :

- /Г *1

?4

5 (62°)

4

т & 1

N = 20 ■ беГпе-Апэаи а = сю =0)

О .диопЬтп сгН'|со1| ро!п1

10

Рисунок 7. Эмпирические единицы температуры максимума на восприимчивости Тп1х, отнесенные к значению параметра Д2, полученного в модели ^-^(РМ-АРМ) фрустри-рованной цепочки в купратах (черные квадраты). 0: ас = 0.25; 1: 1л2Си7Ю4; 2: РЬ2[Си804(0Н)2]; 3: ЯЬ2Си2Мо30,2; 4:Сз2Си2Мо3012; 5: ПСи202; 6:№Си202; 7:1лСиУ04; 8:8гСи02. Измеренные значения угла поворота в спирали приведены в скобках. Закрашенные точки представляют результат теоретического расчета методом полной диагонализации в модели 1|-.12 на кластере N=20. На вставке представлена зависимость для температуры максимума (левая панель). Временные зависимости мюонной спиновой поляризации ЬЬСи7г04 при 1.6 К. Сплошной линией показана аппроксимация в модели неколинеарного порядка, пунктирной линией показана аппроксимация в коллинеарно упорядоченной модели (правая панель).

то Li2CuZr04 оказывается самым близким к критическому значению ас> что позволяет предположить для него в качестве квантового основного состояния несоизмеримый длиннопериодный геликоид. Экспериментально квантовое основное состояние LiîCuZrC^ исследовалось с помощью деполяризации мюонов. Как показано на рисунке 7 (правая панель), временная зависимость мюонной спиновой поляризации, полученная при 1.6 К, значительно лучше описывается в модели неколлинеарного порядка, но сравнению с коллинеарно упорядоченной моделью.

Термодинамические свойства нового низкоразмерного соединения Cu2As207 свидетельствуют о присутствии ближнего и дальнего порядка в системе. Ближний порядок можно описать в модели альтернированной цепочки, что подтверждается кристаллографическими данными и первопринципными расчетами обменных магнитных взаимодействий. Главное и более слабое обменное взаимодействие в цепочке можно оценить как J| = 165 К и Ji" = 85 К. Формирование дальнего антиферромагнитного порядка происходит при TN = 13 К в системе за счет более слабых межцепочечных обменных взаимодействий, которые можно оценить как J2' = 40 К и J/ = 20 К.

Ортофосфат хрома (II) а-Сг3(Р04)2 содержит в своей структуре шесть кристаллографически независимых позиций атомов хрома, причем атомы в позициях Cri - Сг5 находятся в четырехугольном кислородном окружении типа плакетки с координационными расстояниями 1.96 < d(Cr-O) <2.15 Â. Позиция Сгб находится в пирамидальном кислородном окружении с расстояниями 1.97 < d(Cr-O) < 2.29 Â. Расположение структурных единиц в а-Сг3(Р04)2 можно представить в виде плотно упакованных трубок (параллельно кристаллографической оси Ь) с катионами Сг2+ на внутренней поверхности и тетраэдров Р04 на наружной поверхности а также внутри трубок. Пространственное расположение ионов Сг2+ напоминает двойную спираль, как в молекуле ДНК.

Это соединение представляет собой редкий случай слабого ферримагнетика, основанного лишь на одном переходном металле Сг2+. В

магнитоупорядоченном состоянии ниже Тс = 29 К а-Сг3(Р04)2 демонстрирует последовательность обращения намагниченности, чувствительную к протоколу измерений, то есть режимов охлаждения в поле или без поля. Значительная редукция эффективного магнитного момента 4.5 р. ц/С г2*, по сравнению со спиновым моментом 4.9 Цв/Сг2+, не может быть приписана к низкоспиновому состоянию какой — либо из кристаллографических позиций Ян - Теллеровских катионов 3(14 Сг2+. Спектры поглощения рентгеновского излучения вблизи К-края указывают на двухвалентное высокоспиновое состояние хрома. Слабый ферримагнетизм и несколько обращений намагниченности, наблюдаемые в этом соединении, могут быть отнесены к неполной компенсации и искажению парциальных функций намагничивания Сг2+ в шести независимых кристаллографических позициях.

В целом поведение феррита серебра близко к поведению классического делафоссита СиРеОг- AgFe02 так же, как и его медный аналог, демонстрирует два фазовых перехода при низких температурах при Т] = 7 К и Т2 = 15 К, соответствующих формированию различных магнитных структур при Т < Т] и в интервале Т1 < Т < Т2. В отличие от СиРеОг волновой вектор магнитной структуры в AgFe02 в интервале Т1 < Т < Т2 не зависит от температуры. Данные по теплоемкости указывают на то, что умеренные магнитные поля не оказывают значительного влияния на изменение энтропии. Значения параметров обменного взаимодействия в А§Ре02 несколько превышают соответствующие значения в СиРе02. Температура Вейсса 0 ~ -160 К в AgFe02 заметно превышает температуру Вейсса 0 ~ -70 К в СиРе02 [8]. Феррит серебра более фрустрирован, так как соотношение температуры Вейсса 0 и температуры магнитного упорядочения Т2 составляет ~ 10 в AgFeQ2, и ~ 5 в СиРе02. Это изменение энергетического масштаба отражается в смещении первого метамагнитного перехода в поле 12 Т по сравнению с 8 Т в СиРе02 [9].

В шестой главе рассмотрен нетривиальный антиферромагнетизм в топологии бумажной цепочки ВазСиз1п4С>12 и родственных соединений легированных скандием ВазСиз(1п|_х8сх)4012.

В структуре Ва3Си31п40|2 присутствуют две позиции и для катионов меди, и для катионов бария в отношении М':МИ = 1:2 (М = Ва или Си). Все катионы меди Си2+(3с1ч, Б = 1/2) находятся в квадратном кислородном окружении Си04. Четыре последовательно чередующихся квадрата СиО-, и Си''04, соединенные через вершины, составляют кольцо, по отношению к которому следующее кольцо из плакеток повернуто на 90°. Угол связи Си1 — О - Си" составляет 88°. Фрагмент кристаллической структуры и пути обменных магнитных взаимодействий в ВазСиз1п40]2 представлены на Рисунке 8.

Переход в антиферромагнитно - упорядоченное состояние в ВазСиз1п4012 ниже Тм = 12.7 К проявляется в виде пика на температурных зависимостях магнитной восприимчивости и теплоемкости.

Рисунок 8. Проекция структуры ВазСи31п4012 перпендикулярно оси с. Изолированные сферы большо-гои сРеДнего радиуса обозначают ионы Ва2" и 1п3+. Маленькие сферы обозначают ионы О2'. Квадраты Си04 показаны в полиэдрическом представлении. Межце-лочечные обменные взаимодействия между ионами Си1 - Си1 и Си" - Си" обозначены дугами 12' и 12", соответственно (верхняя панель). Колонна «бумажной» цепочки состоит из соединенных по вершинам изогнутых плакеток Си'04 (горизонтальные) и выгнутых квадратов Си"04 (вертикальные). Обменное магнитное взаимодействие между ближайшими соседями в цепочке Си1 - Си" обозначено дугой I. Дуги ^ и .[1" показывают обменное магнитное взаимодействие между следующими за ближайшими соседями Си' - Си' и Си" - Си", соответственно (нижняя панель).

Однако, зависимости М(Н), измеренные при 'Г < Тм демонстрируют низкое значение поля насыщения и дополнительные особенности в нескольких критических полях, как показано на рисунке 9 (левая панель). Производные кривых намагничивания <1М/с1В, измеренных при разных температурах, приведены на рисунке 9 (правая панель). Здесь отчетливо видны особенности, а именно пики в полях В] и В2, смена наклона в поле В3 и насыщение в поле В4. Кривые намагничивания качественно можно моделировать, если предположить, что магнитные моменты ионов Си' и Си" формируют отдельные магнитные подсистемы, которые испытывают независимо спин - флоп и спин - флип переходы в различных полях. Удовлетворительное описание экспериментальных данных может быть получено, если приписать поля В | и В4 спин - флоп и спин - флип переходам

Рисунок 9. Полевые зависимости намагниченности в ВазСиз^О^. (левая панель). Производные намагниченности с!М/с1В в ВазСи^щО^. Зависимости ёМ/ёВ последовательно сдвинуты друг относительно друга. Сплошные линии

показывают смещение спин - флоп и спин - флип переходов с температурой. На вставке представлена низкотемпературная область в увеличенном масштабе (правая панель).

о

о

2 3 4 5 6 7

В(Т)

В(Т)

подсистемы Си", и поля В2 и Вз спин - флоп и спин - флип переходам подсистемы Си1, соответственно. В теории среднего поля можно записать ВПор = (2ВаВе - Вл2)"2 и ВШр = Вп, где ВА - поле анизотропии и ВЕ - обменное магнитное поле. Используя наши экспериментальные значения критических полей, получим Вл' = 0.8 Т (~ 0.5 К), Вг' : - 3.15 Т (~ 2.1 К) и Вл" ~ 0.3 Т (~ 0.2 К), ВЕ" ~ 5.2 Т (~ 3.5 К).

Анализ имеющихся экспериментальных данных позволяет предположить возможное разделение магнитной подсистемы в Ва3Си31п40|2 на три независимых ортогональных подсистемы. С повышением температуры, кривые М от В сглаживаются, превращаясь в стандартную функцию Бриллюэна, однако на них присутствуют сглаженные аномалии спин - флоп и спин - флип переходов. Все полученные экспериментальные данные по намагниченности и теплоемкости суммированы на магнитной фазовой диаграмме, представленной на рисунке 10 (левая панель). Линии В, и В2 на этой диаграмме отвечают спин флоп - переходам в подсистемах Си'1 и Си' (отметим, что соответствующие особенности по величине относятся как - 2:1), линии В3 и В4 отвечают спин -флип - переходам в подсистемах Си1 и Си'1.

Расщепление магнитной подсистемы в индате бария — меди возможно только в случае ортогонального расположения магнитных моментов ионов меди, как показано на рисунке 10 (правая панель). Такая крайне необычная магнитная структура может сформироваться во избежание фрустрации обменных магнитных взаимодействий в Ва3Сиз1п4012. Фрустрация ферромагнитного обмена между ближайшими соседями атомов меди Си' - О -Си" посредством антиферромагнитного взаимодействия между следующими за ближайшими соседями атомов меди Си" - О - О - Си" это не единственный фактор, влияющий на формирование трехмерного дальнего магнитного порядка в ВазСи31п40|2. Взаимодействие Си" - Си" внутри цепочки само по себе также фрустрировано из-за тетраэдрического расположения атомов меди Си". Более того, межцепочечные взаимодействия в подсистеме Си" также фрустрированьт. Предположительно расцепленная подсистема меди в ВазСи31п4012 состоит из

Т(К)

Рисунок 10. Магнитная фазовая диаграмма В - Т в Ва3Си31п4012, полученная из тепловых и магнитных данных (левая панель). Ортогональное расположение магнитных моментов меди - как возможное основное состояние трехмерной модели Шастри - Сазерленда в Ва3Си31п4012 (правая панель).

трехмерного квадратного каркаса атомов Си' (левая панель), вставленного между взаимно ортогональными двумерными решетками — слоями Шастри -Сазерленда (правая панель), что приводит к формированию трехмерной решетки Шастри - Сазерленда в системе [10]. В более общей теории Шастри -Сазерленда димеры в соседних слоях не связаны прямым обменным взаимодействием, но взаимодействуют с промежуточным спином, расположенным между ними [11]. В таком расположении магнитных моментов полностью отсутствует фрустрация. Слабость обменных магнитных взаимодействий приводит к низкому значению поля насыщения В$, тогда как отсутствие фрустрации в ортогональном расположении спинов при низких температурах приводит к сравнительно высокой температуре магнитного упорядочения Тм. В таком расположении магнитных моментов, поддерживаемом магнитокристаллической анизотропией, псевдодиполыюе

взаимодействие и взаимодействие Дзялошинского - Морийя

обеспечивают взаимосвязь между тремя взаимно ортогональными магнитными подсистемами. Малое магнитное поле, приводящее к насыщению намагниченности в ВазСи31п4012, указывает на близость системы к квантовой критической точке, разделяющей ортогональную и коллинеарную фазы.

При замещении *индця^ на скандий, что можно рассматривать как приложение.:, некоторого химического давления, в системе Ва3Си3(1п.Кч8сх)012 наблюдается плавное изменение параметров магнитной подсистемы. В исследованиях магнитных и тепловых свойств наблюдается увеличение температуры антиферромагнитного упорядочения до = 16.4 К, а также полей спин - флопа и насыщения до 2.4 и 7.8 Т в ВазСизБс^п.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Суммируя результаты проведенных исследований низкоразмерных магнетиков можно сделать следующие выводы:

- Установлено синглетное основное состояние в двух квазиодномерных соединениях, Ка2Си28140.1-2Н20 и МагСи^ЦОц. Величина энергетической щели зависит от количества молекул Н20 в микропористой структуре, обеспечивая уникальную возможность для подстройки этого параметра за счет вариации содержания воды;

- Обнаружено плато 3/5 на кривой намагничивания в антиферромагнетике Кга2Си5814014. Его присутствие связывается с особенностями поведения пятикратно - сегментированной цепочки катионов меди;

- Установлены основные свойства спин - димерной подсистемы в ВаУ8ь07, то есть масштаб внутри- и междимерных обменных взаимодействий. Обнаружен индуцированный магнитным полем синглет - триплетный переход. Проведено сопоставление параметров - системы Ва\;51207 и е8 - системы в ВаС^гОб;

- Установлено формирование антиферромагнитного состояния в Си(КЮ3)2-Н20 при Т^ = 3.25 К. Спин-флоп и спин-флип превращения описывают эволюцию антиферромагнитной подсистемы Си(1\Юз)2-1120, подрешетки которой принадлежат различным слоям;

- Установлен переход в антиферромагнитное состояние системы ЯЬзЫ12(Т^Оз)7 при Т» = 4.1 К. Термодинамические характеристики свидетельствуют о сосуществовании дальнего магнитного порядка с антиферромагнитными димерами на спине 8 = 1 с А = 5.5 К;

- Обнаружено формирование ближнего Тти ~ 105 К и дальнего магнитного порядка Тн = 0.58 К в нитратокупрате нитрозония (1"ТО)[Си(Ж)з)з]. Топология магнитных взаимодействий в этом соединении позволяет описывать его моделью "флага конфедерата";

- Обнаружено формирование ферримагнитного состояния в N¡(N03)2 при Тс = 5.5 К.. Расположение ионов никеля в структуре отвечает модифицированной антиферромагнитной решетке кагоме, конкуренция магнитных обменов в которой приводит к формированию неколлинеарной магнитной структуры;

- Обнаружен слабый ферримашетизм в ортофосфате хрома а-Сг3(Р04)2 при Тс = 29 К. Обнаружено многократное обращение намагниченности с температурой в магнитоупорядоченном состоянии этого соединения;

- Установлено сосуществование ближнего и дальнего порядка в системе Си2Лз207. Ближний порядок обусловлен альтернированием изолированных магнитных цепочек. Формирование дальнего антиферромагнитного порядка в системе при Тк = 13 К происходит за счет межцепочечных обменных взаимодействий;

- Установлена магнитная фазовая диаграмма ЬьСи/лС^. В этом соединении имеет место сосуществование активных электрической и магнитной подсистем. При Тм = 6.8 К система переходит в состояние длиннопериодного несоизмеримого геликоида;

- Установлены температуры формирования дальнего магнитною порядка в AgFe02, отвечающих различным магнитным конфигурациям при Т) = 7 К и Т2 = 15 К. Приложение магнитного поля сопровождается последовательностью метамагнитных превращений;

- Установлены магнитные характеристики и построена магнитная фазовая диаграмма системы Ba3Cu3([n4.xScx)0i2 (х = 0 - 4). Предложена модель квантового основного состояния в Ba:,Cu3ln4Oi2 как системы трех взаимно ортогональных антиферромагнитных решеток.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Oshikawa М., Yamanaka М., Affleck I. Magnetization Plateaus in Spin Chains: "Haldane Gap" for Half-Integer Spins // Phys. Rev. Lett.-1997.-Vol.78.-P.l 984-1987.

2. Nersesyan A. A., Tsvelik A. M. Spinons in more than one dimension: Resonance valence bond state stabilized by frustration // Phys. Rev. B-2003.-Vol.67,-P.024422-1-19.

3. Anderson P.W. The resonating valence bond state in La2Cu04 and superconductivity // Science-1987.-Vol.235.-P.l 196-1198.

4. Sindzingre P. Spin-1/2 frustrated antiferromagnet on a spatially anisotropic square lattice: Contribution of exact diagonalizations // Phys. Rev. B-2004.-Vol.69.-P.094418-1-14.

5. Coad S., Lussierz J.-G., McMorrowz D. F., McK. Pauly D. Neutron scattering and susceptibility measurements on single crystals of Cul-x(Ni,Zn)xGe03 //J. Phys.: Condens. Matter-1996.-Vol.8.-P.6251-6266.

6. Kotov V.N., Zhitomirsky M.E., Elhajal M., Mila F. Weak antiferromagnetism and dimer order in quantum systems of coupled tetrahedra // Phys. Rev. B-2004.-Vol.70.-P.214401-1-5.

7. Goodenough J.B. Magnetism and Chemical bond / New York: R.E. Krieger publishing company-1976.- 393P.

8. Takagi Т., Mekata M. New Partially Disordered Phases with Commensurate Spin Density Wave in Frustrated Triangular Lattice // J. Phys. Soc. Jpn.-1995.-Vol.64.-P.4609-4627.

9. Ajiro Y., Asano Т., Takagi Т., Mekata M., Aruga Katori H., Goto T. High-field magnetization process in the triangular lattice antiferromagnet CuFe02 up to 100 T // Physica B-1994.-Vol.201.-P.71-74.

10. Shastry B.S., Sutherland В., Exact ground state of a quantum mechanical antiferromagnet // Physica B-1981.-Vol.l08.-P.1069-1070.

11. Chen S., Buettner H. Exact ground state of the generalized three-dimensional Shastry-Sutherland model // Eur. Phys. J. B-2002.-Vol.29.-P.15-18.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

А 1. Moreira dos Santos A., Amaral V.S., Brandao P., Almeida Paz F.A., Roch J., Ferreira L.P., Godinho M., Volkova O., Vasiliev A. Singlet ground state determined by isolated Cu2+ chain topology in microporous Na2Cu2Si40n'2H20 and Na2Cu2Si4On // Phys. Rev. B. -2005.-Vol.72.-P. 092403-1-4.

A 2. Drechsler S.-L., Volkova O., Vasiliev A.N., Tristan N., Richter J., Schmitt M., Rosner H., Malek J., Klingeler R., Zvyagin A.A., Büchner В. Frustrated cuprate route from antiferromagnetic to ferromagnetic spin - 'Л Heisenberg chains: Li2CuZr04 as a missing link near the quantum critical point // Phys. Rev. Lett. -2007.-Vol.98.-P. 077202-1-4.

A 3. Drechsler S.-L., Tristan N., Klingeler R., Büchner В., Richter J., Malek J., Volkova O., Vasiliev A., Schmitt M., Ormeci A., Loison C., Schnelle W., Rosner H. Helimagnetism and weak ferromagnetism in NaCu202 and related frustrated chain cuprates//J. Phys.: Condens. Matter -2007.-Vol.19.-P. 145230-1-7. A4. Drechsler S.-L., Richter J., Kuzian R., Malek J., Tristan N., Buechner В., Moskvin A.S., Gippius A.A., Vasiliev A., Volkova O., Prokofiev A., Rakoto H., Broto J.-M., Schnelle W., Scmitt M., Ormeci A., Loison C., Rosner H.

Helimagnetism and weak ferromagnetism in-edge shared cuprates // J. Magn. Magn. Mater.-2007.-Vol.316. -P. 306-312.

A 5. Reis M.S., Moreira dos Santos A., Amaral V.S., Souza A.M., Brandao P., Rocha J., Tristan N., Klingeler R., Büchner В., Volkova О., Vasiliev A.N. Specific heat of clustered low dimensional magnetic systems // J. Phys.: Condens. Matter.-2007,-Vol. 19.-P. 446203-1-9.

A 6. Vavilova E., Moskvin A.S., Arango Y., Sotnikov A., Drechsler S.-L., Klingeler R., Volkova O., Vasiliev A., Kataev V., Büchner В. Quantum electric dipole glass and frustrated magnetism near critical point in Li2ZrCu04 // Europhys. Lett.-2009.-Vol.88/-P.27001-1-6.

A 7. Волкова O.C., Морозов И.В., Лаптева E.H., Шутов B.B., Васильев А.Н., Klingeler R.y Büchner В. Дальний магнитный порядок в моногидрате нитрата меди Cu(N03)2-H20 //Письма ЖЭТФ.-2009.-Уо1. 89.-P. 98-102. А 8. Vasiliev А., Volkova О., Baranov A., Presniakov I., Sobolev A., Demazeau G., Stone M-, Zheludev A., Klingeler R., Büchner В. Thermodynamic properties and neutron diffraction studies of silver ferrite AgFe02 // J. Phys.: Condens. Mat.-2010.-Vol. 22.-P. 016007-1-6.

A 9. Yehia M., Vavilova E., Kataev V., Klingeler R., Volkova O., Lapsheva E., Shutov V., Savelieva O., Vasiliev A.N., Buechner B. High field ESR study of the new low dimensional S = '/2 system: Cu(N03)2*H20 // J. Low Temp. Phys.-2010.-Vol. 159.-P. 96-100.

A 10. Volkova O., Morozov I., Shutov V., Lapsheva E., Sindzingre P., Cepas O., Yehia M., Kataev V., Klingeler R., Büchner В., Vasiliev A. Realization of the Nersesyan - Tsvelik model in (NO)[Cu(NO,)3] // Phys. Rev. B.-2010.-Vol.82.-P.054413-1-6.

All. Vavilova E., Arango Y., Sotnikov A., Kataev V., Drechsler S.-L., Moskvin A.S., Vasiliev A., Volkova O., Büchner В. Frustrated magnet Li2ZrCu04 -paramagnetism meets paraelectricity //Journal of Physics: Conference Series.-2010.-Vol.200.-P.012218-l-4.

A 12. Arango Y. C., Vavilova E., Abdel- Hafiez M., Janson O., Tsirlin A.A., Rosner H., Drechsler S.-L., Weil M., Nenert G., Klingeler R., Volkova O., Vasiliev A., Kataev V., Büchner B. Magnetic properties of the low-dimensional spin-1/2 magnet -Cu2As207 // Phys. Rev. B.-201 l.-Vol.B4.-P.134430-l-9. A 13. Vasiliev A.N., Volkova O.S., Hammer E., Glaum R., Broto J.-M., Millot M., Nenert G., Liu Y. T„ Lin J.-Y., Klingeler R., Abdel-Hafiez M., Krupskaya Y., Wolter A.U.B., Büchner B. Weak ferrimagnetism and multiple magnetization reversal in a-Cr3(P04)2//Phys. Rev. B.-2012.-Vol.85.-P.014415-l-7.

A 14. Volkova O.S., Maslova I. S., Klingeler R., Abdel-Hafiez M., Arango Y. C., Wolter A.U.B., Kataev V., Büchner B., Vasiliev A.N. Orthogonal spin arrangement as possible ground state of three - dimensional Shastry - Sutherland network in Ba3Cu3In40i2//Phys. Rev. B.-2012.-Vol.85.-P.104420-l-8.

A 15. Gnezdilov V., Lemmens P., Pashkevich Yu. G., Wulferding, D., Morozov, I. V., Volkova O.S. and Vasiliev A. Dynamical lattice instability versus spin liquid state in a frustrated spin chain system // Phys. Rev. B.-2012.-Vol.85.-P.214403-l-6. A 16. Gippius A. A., Gervits N.E., Tkachev A.V., Maslova I.S., Volkova O.S., Vasiliev A.N., Buttgen N., Kraetschmer W., Moskvin A. S., Low-spin S=l/2 ground state of the Cu trimers in the paper-chain compound Ba3Cu3laiOi2 // Phys. Rev. B.-2012.-Vol.86.-P.155114-1-12.

A 17. Vasiliev A., Volkova O., Zvereva E., Isobe M., Ueda Y., Yoshii S., Nojiri H., Mazurenko V., Valentyuk M., Anisimov V., Solovyev I., Klingeler R., Büchner B. Barium vanadium silicate: a t2g counterpart of the Halin purple compound // Phys. Rev. B.-2013.-Vol.87.-P. 134412-1 -8.

Отпечатано в копицентре « СТ ПРИНТ » Москва, Ленинские горы, МГУ, 1 Гуманитарный корпус, e-mail: globus9393338@yandex.ru тел.: 8 (495) 939-33-38 Тираж 100 экз. Подписано в печать 11.07.2014 г.