Модель обменных связей в низкоразмерном магнетике CuTe2O5 по данным ЭПР и магнитных измерений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

На правах рукописи

ГАВРИЛОВА ТАТЬЯНА ПАВЛОВНА

Модель обменных связей в низкоразмерном магнетике СиТе205 по данным ЭПР и магнитных измерений

01.04.11 - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 2 ЛЕН 2010

Казань-2010

004615061

Работа выполнена в лаборатории радиоспектроскопии диэлектриков Учреждения Российской академии наук Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского КазНЦРАН

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

доцент Еремина Рушана Михайловна Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Москвин Александр Сергеевич доктор физико-математических наук, Свистов Леонид Евгеньевич

Ведущая организация: Институт физики им. Л. В. Киренского

СО РАН (г. Красноярск)

Защита состоится «

2010 г. в 1430 часов на заседании

диссертационного совета Д 002.191.01 при Учреждении Российской академии наук Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского КазНЦ РАН, расположенном по адресу: 420029, Казань, ул. Сибирский тракт,

Отзывы на автореферат (два заверенных экземпляра) просим отправить по адресу: 420029, Казань, ул. Сибирский тракт, 10/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского КазНЦ РАН.

Автореферат разослан «//» НОя1)ря 2010 г.

10/7.

диссертационного совета

Ученый секретарь

Шакирзянов М.М.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Исследования низкоразмерных соединений вызывают большой интерес из-за яркого проявления квантовых эффектов при достаточно высоких температурах. Такие явления как высокотемпературная сверхпроводимость, колоссальное

магнетосопротивление, спин-пайерлсовский переход стимулировали исследования низкоразмерных соединений оксидов переходных металлов.

Помимо вышеперечисленных явлений в квазиодномерных соединениях под действием внешнего магнитного поля может наблюдаться упорядоченная спин модулированная структура, например, в соединении ТлСиУО^ данный эффект наблюдается в плоскости (аЬ) кристалла при наложении внешнего магнитного поля выше Нс2=6.07 Т и температуре, ниже температуры Нееля [1]. Также в качестве примера можно привести соединение КаСиьСЬ, где статическая спиновая структура сосуществует со спиральной модуляцией магнитных моментов меди, поляризованных в плоскости (Ьс) [2].

В спин-димерных низкоразмерных системах наблюдаются квантовые явления, связанные с возбужденными триплетными состояниями [3]. Бозе-эйнштейновская конденсация магнонов [4, 5], наблюдена в соединении Т1СиС1з в 2000 г., вигнеровская кристаллизация магнонов обнаружена в димерной системе 8гСи2(ВОз)2 [6]. Эти открытия, сделанные в последнее десятилетие, привлекли дополнительное внимание исследователей к низкоразмерным спиновым системам.

Взаимодействия зарядовых, спиновых и орбитальных степеней свободы в оксидах переходных металлов приводят к неожиданным физическим свойствам сильно-коррелированных систем. Интересные явления наблюдаются при допировании этих материалов. При определенных концентрациях и сорте примесных атомов реализуется весьма интересная ситуация - явление электронного фазового расслоения, например в кристаллах манганитов состава ЕиолРЬо.зМпОз и ЬаолРЬо.зМпОз [7, 8].

Представленная диссертация посвящена исследованию низкоразмерного соединения СиТегС^, которое является ярким представителем спин-димерных систем, методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), а также изучению температурных зависимостей молярной теплоемкости и магнитной восприимчивости данного соединения, что позволило построить модель обменных связей, а также оценить величины изотропного и анизотропного обменных взаимодействий в исследуемом образце.

Целью данной работы являлось построение физической модели обменных связей в новом низкоразмерном магнетике СиТегОз, которая позволила бы единым образом объяснить результаты экспериментального исследования магнитной восприимчивости, теплоемкости, а также все особенности спектров ЭПР в данном соединении.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Предложена модель обменных связей в СиТегОз в виде двух типов магнитно-неэквивалентных квазиодномерных цепочек спинов с альтернированным обменным взаимодействием внутри цепочек, определены параметры симметричного изотропного обмена между спинами меди в цепочке и между соседними цепочками.

2. В интервале температур 4К - 300К проведены измерения температурных зависимостей статической магнитной восприимчивости, теплоемкости, а также угловых и температурных зависимостей спектров электронного парамагнитного резонанса в СиТеоОд.

3. Впервые по угловым и полевым зависимостям положения и ширины линии ЭПР определены компоненты тензора гиромагнитных отношений и анизотропных симметричных взаимодействий между спинами ионов меди в цепочке.

4. Получено выражение для ширины линии ЭПР, обусловленной симметричными анизотропными обменными взаимодействиями в альтернированной цепочке.

5. Рассчитан решеточный вклад и определен вклад, обусловленный магнитной подсистемой, в температурную зависимость молярной теплоемкости СиТегС^.

Научная и практическая значимость:

Полученные результаты являются новыми и вносят существенный вклад в понимание микроскопической картины обменных взаимодействий в СиТе205. Результаты исследований могут быть использованы при теоретических и экспериментальных исследованиях физических свойств новых материалов, при выполнении дипломных и курсовых работ.

Достоверность и обоснование результатов обеспечены комплексным характером выполненных экспериментальных исследований, их многократной повторяемостью, непротиворечивостью результатов, полученных различными методами, а также совпадением контрольных экспериментов и теоретических расчетов с установленными фактами, опубликованными в научных статьях, обзорах и монографиях.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Построение модели обменных связей в СиТегС^ в виде двух типов магнитно-неэквивалентных квазиодномерных цепочек спинов с альтернированным обменным взаимодействием по результатам анализа данных по ЭПР и температурным зависимостям статической магнитной восприимчивости и молярной теплоемкости.

2. Определение по экспериментальным данным наибольшей величины изотропного обменного взаимодействия между спинами ионов меди внутри цепочки, параметра альтернирования обменного взаимодействия в цепочке, величины изотропного обменного взаимодействия между спинами ионов меди из соседних магнитно-неэквивалентных цепочек меди.

3. Теоретический расчет ширины линии ЭПР, обусловленной анизотропными обменными взаимодействиями симметричного типа для альтернированных цепочных структур.

4. Результаты экспериментальных исследований и теоретического расчета по определению значений компонент и направлений главных осей g -тензоров для двух магнитно-неэквивалентных центров меди в СиТеоОз, а также параметров симметричных анизотропных обменных взаимодействий между спинами ионов меди внутри структурного димера, а также между спинами меди соседних димеров, составляющих цепочку.

5. Описание магнитного вклада в молярную теплоемкость СиТегС^ на основании предложенной модели обменных связей.

Личный вклад автора состоит в:

• участии в обсуждении цели и постановке задачи;

• проведении измерений спектров электронного парамагнитного

резонанса, обработке результатов измерений;

• написании программ для обработки результатов и проведении

расчетов с их помощью;

• участии в обсуждении результатов эксперимента, их

теоретическом описании, написании статей.

Ряд экспериментальных исследований был выполнен автором в лаборатории Аугсбургского университета, Германия. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант 06-02-17401-а и 07-02-08792-3, госконтракт ФЦП 02.740.11.0103.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: Конференция Молодых ученых Казанского физико-технического института (Казань, март 2005 г.); IX, XI международная школа молодых ученых «Актуальные проблемы магнитного резонанса и его применения» (Казань, сентябрь 2005 и 2007 гг.); VI Научная конференция «Материалы и технологии XXI века» (Казань, апрель 2006 г.); международный, междисциплинарный симпозиум "Фазовые

6

превращения в твердых растворах и сплавах" ОМА-9 (Сочи, сентябрь 2006 г.); International Workshop on "Exotic States in Materials with Strongly Correlated Electrons" ESM'07 (Sinaia, Romania, September, 2007 г.); международная зимняя школа физиков-теоретиков Коуровка-XXXII (Екатеринбург, февраль 2008 г.); Moscow International Symposium on Magnetism, MISM-2008 (Moscow, June 2008), Европейский конгресс no магнитному резонансу EUROMAR 2008 (Санкт-Петербург, июль 2008 г.), 4-ый евроазиатский симпозиум «Тенденции в магнетизме: наноспинтроника» Eastmag-2010 (Екатеринбург, июнь 2010 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах, в том числе: 3 научные статьи в ведущих рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК; 10 работ в материалах вышеперечисленных конференций.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 96 наименований. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 7 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, дана краткая аннотация глав диссертации, сформулированы цель и задачи работы, показана научная и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе приведен обзор представленных в литературе экспериментальных и теоретических исследований некоторых низкоразмерных соединений различными методами.

Вторая глава посвящена описанию кристаллической структуры исследуемого вещества СиТег05 и обзору работ, посвященных теоретическим расчетам параметров изотропных обменных взаимодействий между ионами меди исследуемого соединения. Также в первой главе

Рис. 1. Кристаллическая структура СиТегОз в плоскости (Ьс).

приведены результаты исследования температурной зависимости магнитной восприимчивости, и обсуждаются модели, подходящие для ее описания.

Кристаллическая структура СиТег05 принадлежит к пространственной группе Р2]/с и приведена на рис. 1. Элементарная ячейка структуры включает в себя четыре формульные единицы, и ее размеры составляют а=6.871 А, Ь=9.322 А, с=7.602 А, угол между осями а и с равен (3=109.08° [9].

Расстояние между ионами меди Си(1)-Си(2) и Си(3)-Си(4) (см. рис. 1) составляет 3.18 А и является минимальным в данной структуре, поэтому именно данные пары образуют структурные димеры. Структурные димеры, в свою очередь, формируют цепочку, вытянутую вдоль кристаллографической оси с, соседние цепочки, сдвинутые друг относительно друга вдоль оси Ь, являются магнитно-неэквивалентными. Катионы теллура Те4+ находятся в окружении четырех ионов кислорода и расположены как между двумя соседними цепочками димеров, так и между двумя димерами Си2Ою внутри одной цепочки (рис. 1).

Измерение температурной зависимости магнитной восприимчивости в монокристалле СиТе205 проводилось на SQUID магнетометре в температурном диапазоне от 4К до ЗООК. Необходимо отметить, что температурная зависимость интенсивности линии ЭПР, полученная двойным интегрированием ЭПР сигнала, достаточно хорошо соответствует температурному поведению магнитной восприимчивости. Таким образом, преобладающий вклад в статическую восприимчивость вносит спиновая восприимчивость, в то время как диамагнитный и температурно-независимый вклад Ван Флека пренебрежимо малы.

Поведение магнитной восприимчивости в СиТегОз при высоких температурах описывается законом Кюри-Вейса, далее, проходя через широкий максимум вблизи Тмакс ~ 56.2± 0.3 К, экспоненциально спадает до нуля с уменьшением температуры (рис. 2).

Для теоретического описания температурной зависимости магнитной восприимчивости было использовано несколько моделей [А1]. Первая из них - это модель изолированных димеров, т.к. строение вещества характеризуется наличием структурных димеров, вторая - модель взаимодействующих между собой димеров. Однако наилучшим образом температурная зависимость магнитной восприимчивость описывается моделью цепочки спинов с альтернированным обменным взаимодействием. В этом случае, спиновая восприимчивость системы может быть представлена следующим образом:

где XVV - температурно-независимый вклад Ван Флека; Хс-С/Т -вклад Кюри, возникающий благодаря несвязанным спинам и магнитным примесям, С - константа Кюри;

X=Xvv+Xc+X(a, t),

(О

(2)

где t - безразмерная величина, равная T/Jj; Jj и J? - параметр взаимодействия иона с соседями слева и справа в цепочке, Ji>J2i cx=J2^Jj -

параметр альтернирования цепочки; X - функция Джонстона [10].

Теоретическое описание температурной зависимости магнитной восприимчивости с использованием выражений (1) и (2) приведено на рис. 2. Наилучшее согласие теории с экспериментом получено при следующих параметрах: J]=93.3 К and J2=40.7 К, т.е. отношение a =J2/Ji=0.436, С=1.45-10-3 emu-K/моль и g = 2.151 [А 1].

Т(К)

Рис. 2. Температурная зависимость магнитной восприимчивости в СиТегС^. Символы О - экспериментальные данные. Сплошной линией показан теоретический расчет с использованием модели цепочки спинов с альтернированным обменным взаимодействием.

Третья глава посвящена экспериментальному изучению монокристалла СиТегОб методом электронного парамагнитного резонанса.

Экспериментальное исследование спектров ЭПР проводилось на спектрометре Вгикег ЕкхзуБ Е500 в X и р -диапазонах в температурной

области от 5 К до 300 К; измерения спектров ЭПР на частотах 160 ГГц и 185 ГГц проводились квазиоптическими методами.

При температурах от 25 К до 300 К спектр ЭПР ионов меди в СиТе205 состоит из одной линии лоренцевой формы с g~2. При понижении температуры положение линии ЭПР практически не изменяется во всех трех взаимно перпендикулярных направлениях внешнего поля относительно осей

кристалла. В то же время ширина линии при ориентации магнитного поля

* *

вдоль оси b растет значительно, а вдоль осей а (где ось а перпендикулярна кристаллографическим осям b и с) и с практически не меняется как при измерениях в Х-диапазоне, так и на частоте 185 ГГц (рис. 3).

Помимо температурной зависимости, была исследована угловая

зависимость спектров ЭПР. Положение линии ЭПР демонстрирует сильную

*

угловую зависимость в плоскостях (а Ь) и (ас). Полученные данные представленны на рис. 4.

D

О

Е

<1

1000 800 600 400 200 0

9 ГГц 185 ГГц

« H II b A HII b . HII С:

- H II a* □ H II a*

.a y в □QOnDannn

CuTe205

0 50 . 100 150 200 250 300

T(K)

Рис. 3. Температурная зависимость ширины линии ЭПР в монокристалле СиТе205 при частоте СВЧ 9.4 ГГц и 185 ГГц

угол (град)

Рис. 4. Угловые зависимости положения линии ЭПР в СиТе2С>5 в X-диапазоне в трех взаимно перпендикулярных плоскостях: круги - (а*Ъ), треугольники - (Ьс), квадраты - (а*с) при температуре 300 К. Пунктиром показаны угловые зависимости положения линии ЭПР для каждой из двух магнитно-неэквивалентных цепочек по отдельности. Сплошные линии -теоретический расчет

Ширина линии ЭПР, так же как и положение линии в исследуемом образце, характеризуется сильной пространственной анизотропией. Измерения угловой зависимости ширины и положение линии ЭПР проводилось при температурах 60 К, 200 К, 300 К в Х-диапазоне и при

температуре 200 К дополнительно на частоте 160 ГГц в трех взаимно

*

перпендикулярных плоскостях (а Ь), (ас), (Ьс) (рис. 5).

а 600

'и 400 О

33 < 200

* с ь

СиТе2С>5 - 9.4 ГГц ■ - 160 ГГц-

Т-200 К 1 а

^^ ..... -ггтч:

90

0 О

9090

угол (град)

400

200

Рис. 5. Угловые зависимости ширины линии ЭПР в СиТегОз: 9.4 ГГц (круги) и 160 ГТц (треугольники) в трех кристаллографических плоскостях при Т=200 К. Пунктиром показан вклад в ширину линии ЭПР, обусловленный спин-спиновыми взаимодействиями между ионами меди внутри димера (кривая 1а) и между ионами меди из соседних димеров (кривая 16). Штриховая линия соответствует вкладу, связанному с анизотропией g -факторов при частоте 160 ГГц (кривая 1в). Сплошные линии - сумма всех вкладов.

В данной главе анализируются спектры ЭПР монокристалла СиТегС^ и оцениваются все возможные источники уширения линии поглощения, а также приводится методика оценки анизотропных обменных взаимодействий по угловой зависимости ширины линии. Проведен расчет второго и четвертого моментов линии ЭПР для альтернированной цепочки спинов. Показано, что угловая зависимость ширины линии хорошо объясняется в рамках модели альтернированных обменных связей в цепочках, со слабыми связями между цепочками.

Теоретическое описание угловой зависимости ширины линии ЭПР проведено с использование следующего выражения [11]:

АЯ = 4 >/3

где М2 и М4 - второй и четвертый моменты линии.

Расчет второго М2 и четвертого М4 моментов был выполнен в высокотемпературном приближении (кТ».1) [А2]. В итоге ширина линии ЭПР выражается через микроскопические параметры гамильтониана системы спинов.

Модельный спин-гамильтониан исследуемой системы включает в себя изотропные и анизотропные обменные взаимодействия спина (1) с двумя соседями (а), (Ь). Суммирование по решетке подразумевается. Л

H=J,a^\SX■Sa

J а,р=х,у,г

а,/3-х,у,2 а,Р=х,у,х

Г' 1,3

/ _ _ \

(4)

(5)

V

где - параметр самого сильного по величине изотропного обменного взаимодействия; .//5 - параметр второго по величине изотропного обменного

взаимодеиствия; •Л? - компоненты тензора анизотропного обменного взаимодействия между спинами, связанными самым сильным по величине

изотропным обменным взаимодействием; - компоненты тензора

анизотропного обменного взаимодействия между спинами, связанными вторым по величине изотропным обменным взаимодействием; - величина изотропного обменного взаимодействия между магнитно-неэквивалентными

цепочками, образованными ионами меди; последнее слагаемое описывает взаимодействие спинов с магнитным полем.

Предполагая, что Зы « .//„ и Зсс/ « был произведен расчет моментов линии ЭПР по стандартной методике [11]. Найдено, что в системе координат с осью г, сонаправленной с внешним магнитным полем, второй и четвертый моменты линии ЭПР определяются выражениями:

(6)

+

+ю • /1в ■ V+ю ■ /,/г • зхьут +

+ А. I ху . 1 *У

(7)

где:

(8) (9)

1),

в(Аа)=К* - - !+(/,„- - }+

+10 ■ +10 - (у,^)2 +4 -

Вид выражения 3(3^ аналогичен В(но включает в себя анизотропные симметричные обменные взаимодействия между спинами меди внутри пары со вторым по величине изотропным обменным взаимодействием [А2].

Приведенные выражения (3) - (9) позволили описать угловые зависимости ширины линии ЭПР в СиТегС^ на частоте 9.4 ГГц и 160 ГГц в предположении о следующей модели обменных связей данного соединения.

Базисом обменно-связанной системы являются пары с номерами 1 Си(1)-Си(2) и 4 Си'(1)-Си(2), формирующие цепочку Си(1)-Си(2)- Си'(1). Ионы меди Си(3)-Си(4)-Си'(3) образуют вторую цепочку, которая магнитно-неэквивалентна цепочке Си(1)-Си(2)-Си'(1) и сдвинута на Ы2 относительно неё при трансляции вдоль оси Ъ (см. рис. 1).

Данная модель позволяет удовлетворительно описать все особенности поведения линии ЭПР в СиТегОз в предположении, что основной вклад в ширину линии ЭПР дают анизотропные обменные взаимодействия внутри цепочки, а величины изотропного обменного взаимодействия составляют /,„= 93.3 К и 40.7 К [А2, АЗ].

Из аппроксимации экспериментальной угловой зависимости ширины линии ЭПР при температурах 60 К, 200 К и 300 К в Х-диапазоне были установлены параметры симметричного анизотропного обменного взаимодействия внутри пар 4 и 1, а также направление осей анизотропного обменного взаимодействия относительно кристаллографической системы координат [А2, АЗ].

Помимо этого, в спектре ЭПР, зарегистрированном на высокой частоте (160 ГГц), наблюдается резкое увеличение ширины линии ЭПР по сравнению с её значением в Х-диапазоне, причем только для направления магнитного поля вдоль оси Ь кристалла. Логично предположить, что это связано с различием g-фaктopoв двух магнитно-неэквивалентных цепочек ионов меди (анизотропный эффект Зеемана) [12].

Частотно-зависимый вклад в ширину линии ЭПР из-за разницы в g -факторах оценивался по формуле [12]:

ьнА2 =

3 сИ

£

где - разность соответствующих факторов неэквивалентных парамагнитных центров; - параметр изотропного обменного

взаимодействия между магнитно-неэквивалентными цепочками.

Совместный анализ угловых зависимостей ширины линии ЭПР и эффективного фактора позволил определить величины изотропного обменного взаимодействия между цепочками = 0.5 К, а также компоненты §-тензора для двух магнитно-неэквивалентных центров и направления главных осей этих тензоров в системе координат (а*Ьс) с точностью до одного градуса.

Четвертая глава посвящена исследованию температурной зависимости молярной теплоемкости СиТегОз в температурном диапазоне от 1.8 К до 300К. В рамках модели Дебая и Эйнштейна оценены вклады в температурную зависимость теплоемкости оптических и акустических мод. Выделен магнитный вклад из суммарной теплоемкости образца.

В исследуемом температурном интервале теплоемкость монокристалла монотонно возрастает с повышением температуры, не демонстрируя пиков или изломов, соответствующих каким-либо структурным переходам.

Для описания температурной зависимости молярной теплоёмкости кристаллической решетки СиТегС^ учитывались вклады акустических и оптических мод колебаний фононов, согласно [13, 14].

Наилучшим образом экспериментальная зависимость Среш(Т) практически во всем температурном интервале, за исключением низких температур < 80 К, где в значительной степени проявляет себя магнитный вклад в теплоемкость, может быть описана с помощью выражения:

С,Ш(Г) = 1.98-С>0 =178К)+2.423-С£1(0£1 =302)+

= 540К)+2.\0\-СЕЗ(вЕЗ =69(Ж)+ (11) + 0.2 -СЕ4{вБ4 = 1070£)+0.995 -СЕ5{в£5 =1800^)

В данном выражении множители перед каждым вкладом являются подгоночными параметрами, но накладывается условие, что сумма множителей перед всеми вкладами равна 8 - количеству атомов в формульной единице СиТегОз.

Температура Дебая была определена при аппроксимации температурной зависимости молярной теплоемкости при низких температурах. Частоты оптических мод брались в соответствии с данными ИК и рамановских спектров СиТе205 [15, 16] (рис. 6).

Т(К)

Рис. 6. Температурная зависимость молярной теплоемкости монокристалла СиТе205. Символы О - экспериментальные значения. Сплошная черная линия - теоретический расчет.

Для оценки вклада, обусловленного магнитными степенями свободы, в теплоемкость СиТегО^ из экспериментальных значений температурной зависимости молярной теплоемкости вклад решетки вычитается. Полученный таким образом магнитный вклад в температурную зависимость молярной теплоемкости сравнивается с рассчитанным в работе [17] магнитным вкладом для модели обменных связей в СиТе205 с максимальным значением обмена в четвертой паре (рис. 1). Как видно из рис. 7, полученная нами температурная зависимость магнитного вклада в теплоемкость соответствует модели с максимальным обменным взаимодействием в паре 4

(рис. 1), что согласуется с экспериментами по ЭПР и магнитной восприимчивости.

Рис. 7. Температурная зависимость магнитного вклада в теплоемкость СиТе205. Символами О показаны результаты расчета из работы [17] для модели магнетизма с максимальным обменом в четвертой паре. Сплошная кривая - экспериментальные значения молярной теплоемкости за вычетом вклада решетки.

В заключении сформулирован основной вывод работы: На основании вышеизложенного можно утверждать, что предложенная модель обменных связей в СиТе205 в виде двух типов магнитно-неэквивалентных квазиодномерных цепочек спинов с альтернированным обменным взаимодействием, позволяет наиболее полно описать все особенности экспериментальных данных по магнитной восприимчивости, теплоемкости и ЭПР;

и приведены основные результаты:

1. Получены выражения для ширины линии ЭПР для цепочки с альтернированными изотропными и анизотропными обменными взаимодействиями.

3. Установлена максимальная величина изотропного обменного взаимодействия между спинами ионов меди внутри цепочки Jj=93.3 К и величина параметра альтернирования цепочки a=J2/Ji=0.436, J2=40.7 К. Определена величина изотропного обменного взаимодействия между соседними магнито-неэквивалентными цепочками меди - 0.5 К.

4. Определены параметры симметричного анизотропного обменного взаимодействия между спинами ионов меди в цепочке.

5. Измерены компоненты g - тензоров и определены направления их главных осей для позиций меди из магнитно-неэквивалентных октаэдров.

6. Выделен вклад в молярную теплоемкость СиТе205, обусловленный спиновыми степенями свободы

Цитируемая литература

1. NMR study of the high-field magnetic phase of LiCuV04 / N. Buttgen, W. Kraetschmer, L. E. Svistov et al. // Phys. Rev. B. - 2010. - V. 81, №5. -P. 052403-1 - 052403-4.

2. Gippius A. A. Spin polarization of the magnetic spiral in NaCu202 as seen by nuclear magnetic resonance spectroscopy / A. A. Gippius, A. S. Moskvin, S.-L. Drechsler // Phys. Rev. B. - 2008. V. 77, №18. - P. 180403(R)-1 - 180403-4.

3. Буньков Ю.М. Спиновая сверхтекучесть и бозе-эйнштейновская конденсация магнонов / Ю.М. Буньков // УФН. - 2010.-Т. 180, №8. -С. 884-889.

4. Low-energy excitations in DTN below Tc: ESR studies / S.A. Zvyagin, J. Wosnitza, A.K. Kolezhuk et al. // Journal of Physics: Conference Series. - 2009. - V. 150. - P. 042244-1 - 042244-4.

5. Bose-Einstein Condensation of Dilute Magnons in Т1СиС1з / Т. Nikuni, M. Oshikawa, A. Oosawa and H. Tanaka // Phys. Rev. Lett. - 2010. - V. 84, №25. -P. 5868-5871.

6. Exact Dimer Ground State and Quantized Magnetization Plateaus in the Two-Dimensional Spin System SrCu2(B03)2 / H. Kageyama, K. Yoshimura, R. Stern et al. // Phys. Rev. Lett. - 1999. - V. 82, №15. - P. 3168-3171.

7. Magnetic resonance probe of the phase separation in EuojPbojMnOj single crystal / Volkov N.V, Petrakovskii G.A., Sablina K.A. et al. // JMMM. -2003. -V. 258-259. - P.302-305.

8. Двухфазное парамагнитно-ферромагнитное состояние в монокристалле манганита лантана La0 лРЬо.зМпОз / Волков Н. В., Петраковский Г.А., Васильев В.Н., Саблина К.А. // ФТТ. - 2002. - Т. 44, № 7. -С.1290- 1294.

9. Hanke К. The crystal structure of CuTe205 / К. Hanke, V. Kupcik, O. Lindqvist // Acta Crys. Sec.B. -1973. - V. 29. - P. 963-970.

10. Thermodynamics of spin S=l/2 antiferromagnetic uniform and alternating-exchange Heisenberg chains / D. C. Johnston, R. K. Kremer, M. Troyer et al. // Phys. Rev. B. - 2000. - V. 61, № 14. - P. 9558 - 9606.

11. Альтшулер С.А. Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп / С.А. Альтшулер, Б.М. Козырев. -М: Наука, 1972. - 672 с.

12. Pilawa В. Anisotropy of the electron spin-resonance linewidth of CuGe03 / B. Pilawa // J.Phys.:Condens.Matter. - 1997. - V. 9. - P. 3779-3792.

13. Extremely strong-coupling superconductivity and anomalous lattice properties in the (3-pyrochlore oxide K0s206 / Z. Hiroi, S. Yonezawa, Y. Nagao, and J. Yamaura //Phys. Rev. B. - 2007. - V. 76, № 1. - P. 014523-1 - 014523-19.

14. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела / Ч. Киттель. -М.: Наука, 1978. - 790 с.

15. Lawless W. N. Specific heats of paraelectrics, ferroelectrics, and antiferroelectrics at low temperatures / W.N. Lawless // Phys. Rev. B. - 1976. -V. 14, №1,- P. 134-143.

16. Laura Agazzi, Vibrational properties of CuTe205, PhD thesis, 2006/2007

17. Proposed low-energy model Hamiltonian for the spin-gapped system CuTe205 / H. Das, T. Saha-Dasgupta, C. Gros, and R. Valenti // Phys. Rev. B. -2008. - V. 77, № 22, - P. 224437-1 - 224437-8.

Список публикаций автора:

AI. Structural and magnetic dimers in the spin-gapped system CuTe205 / J. Deisenhofer, R.M. Eremina, T. Gavrilova, et al. // Physical Review B. - 2006. -V.74.-P. 174421-1 - 174421-8.

A2. Анизотропные обменные взаимодействия в CuTe205 / P.M. Еремина, Т.П. Гаврилова, Н.-А. Krug von Nidda и др. // ФТТ. - 2008. - Т.50, № 2.- С. 273-279.

A3. Anisotropie Exchange Interactions in СиТе205/ Т. P. Gavrilova, R. M. Eremina, H.-A. Krug von Nidda, et al. // Journal of optoelectronics and advanced materials. - 2008. - V. 10, №7. - P. 1655 - 1658.

A4. Гаврилова Т. П. Спектры ЭПР в СиТе205 / Т.П. Гаврилова, P.M. Еремина // Тезисы докладов конференция молодых ученых КФТИ КазНЦ РАН, Казань, Россия. - 2005г. С.44-48.

А5. Гаврилова Т. П. Спектры ЭПР в СиТе205 / Т.П. Гаврилова, P.M. Еремина // Тезисы докладов IX международной школы молодых ученых «Актуальные проблемы магнитного резонанса и его применения», Казань, Россия. - 2005г. - С.45-48.

А6. Гаврилова Т. П. Анизотропные обменные взаимодействия в КСиБз / Т.П. Гаврилова, P.M. Еремина // Тезисы докладов VI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского Государственного Университета «Материалы и технологии XXI века», Казань, Россия. - 2006г. - С.28.

А7. Анизотропные обменные взаимодействия в CuTejOs / Т.П. Гаврилова, P.M. Еремина, J. Deisenhofer и др. // Тезисы докладов 9-го международного, междисциплинарного симпозиума "Фазовые превращения

в твердых растворах и сплавах" - ОМА-9, г.Ростов-на-Дону - пос. Лоо, Россия.-2006г.-С. 105-106.

А8. Anisotropic exchange interactions in CuTe2Oj / Т.P. Gavrilova, R.M. Eremina, H.-A. Krug von Nidda, et al. // Book of abstracts of ehe International Workshop on Exotic States in Materials with Strongly Correlated Electrons - ESM'07, Sinaia, Romania. - 2007. P.46.

A9. Анизотропные обменные взаимодействия в СиТе205 / Т.П. Гаврилова, P.M. Еремина, H.-A. Krug von Nidda и др. // Тезисы докладов XI международной школы молодых ученых «Актуальные проблемы магнитного резонанса и его применения», Казань, Россия. - 2007г. - С.49.

А10 Гаврилова Т. П. Парамагнитные центры в CuTe2Os / Т.П. Гаврилова, P.M. Еремина // Тезисы докладов XXXII международной зимней школы физиков-теоретиков Коуровка-2008, Новоуральск, Россия. -2008г.-С.144.

All Gavrilova Т.Р Paramagnetic centers in CuTe205 / T.P. Gavrilova, R.M. Eremina // Book of abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism, MISM-2008, Moscow, Russia. - 2008. -P.273.

A12 Eremina R.M. Anisotropic exchange interactions in CuTe205 / R.M. Eremina, T.P. Gavrilova // Book of abstracts of Magnetic resonance congress EUROMAR-2008, St. Petersburg, Russia. - 2008. - P.210.

A13 Specific heat of quasi-one-dimensional magnet CuTe205 / T.P. Gavrilova, R.M. Eremina, H.-A. Krug von Nidda, et al. // Book of abstracts of IV Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism»: Nanospintronics, Eastmag-2010, Ekaterinburg, Russia. - 2010. - P. 359.

Отпечатано в ООО «Печатный двор», г. Казань, ул. Журналистов, 1/16, оф.207

Тел: 272-74-59, 541-76-41, 541-76-51. Лицензия ПД№7-0215 от 01.11.2001 г. Выдана Поволжским межрегиональным территориальным управлением МПТР РФ. Подписано в печать 09.11.2010 г. Печ.л.1,4 Заказ № К-6973. Тираж 120 экз. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать - ризография.

Введение.

Глава 1. Физические свойства низкоразмерных спиновых систем: краткий обзор работ.

1.1. Спиновые цепочки.

1.2. Двумерные системы, спиновые лестницы и другие низкоразмерные системы.

Глава 2. Структура и магнитные свойства СиТе2С>5.

2.1. Кристаллическая структура.

2.2. Микроскопические характеристики СиТе2С>5.

2.3. Измерения температурной зависимости магнитной восприимчивости в монокристалле СиТе2С>5.

2.4. Анизотропия магнитной восприимчивости в монокристалле СиТе205.

2.5. Температурная зависимость магнитной восприимчивости антиферромагнитной цепочки с альтернированным обменным взаимодействием.

2.5. Выводы.

Глава 3. Характер обменных связей в СиТе205: результаты изучения методом электронного парамагнитного резонанса.

3.1. Температурная зависимость спектров ЭПР.

3.2. Угловая зависимость спектров ЭПР в монокристалле СиТе2С>5.

3.3. Описание спектров ЭПР в монокристалле СиТе205.

3.4 Расчет второго и четвертого момента линии ЭПР.

3.5. Выводы.

Глава 4. Температурная зависимость теплоемкости в СиТе205.

4.1. Теплоемкость решетки.

4.2. Вклад спиновых возбуждений в теплоемкость СиТе205.

4.3. Выводы.

Актуальность темы. Исследования низкоразмерных соединений вызывают большой интерес из-за яркого проявления квантовых эффектов при достаточно высоких температурах. Такие явления как высокотемпературная сверхпроводимость, колоссальное магнетосопротивление, спин-пайерлсовский переход стимулировали исследования низкоразмерных соединений оксидов переходных металлов.

Помимо вышеперечисленных явлений в квазиодномерных соединениях под действием внешнего магнитного поля может наблюдаться упорядоченная спин модулированная структура, например, в соединении 1лСиУС>4 данный эффект наблюдается в плоскости (аЬ) кристалла при наложении внешнего магнитного поля выше НС2=6.07 Т и температуре, ниже температуры Нееля [1]. Также в качестве примера можно привести соединение ЫаСигОг, где статическая спиновая структура сосуществует со спиральной модуляцией магнитных моментов меди, поляризованных в плоскости (Ьс) [2].

В спин-димерных низкоразмерных системах наблюдаются квантовые явления, связанные с возбужденными триплетами состояниями [3]. Бозе-эйнштейновская конденсация магнонов [4, 5], наблюдена в соединении Т1СиС1з в 2000 г., вигнеровская кристаллизация магнонов обнаружена в димерной системе 8гСи2(ВОз)2 [6]. Эти открытия, сделанные в последнее десятилетие, привлекли дополнительное внимание исследователей к низкоразмерным спиновым системам.

Особенный интерес представляют низкоразмерные кристаллические вещества, включающие в себя ионы переходных металлов с электронной конфигурацией например, таких как Сп2+. Введение отдельных пар катионов Бе4* или Те4+ в такие системы может привести к изменению размерности и возникновению новой магнитной структуры [7, 8]. Например, вещество СиТе205Х2 (Х=С1, Вг), состоящее из тетраэдрических кластеров ионов меди Си , соединенных между собой мостиками Те-О, представляет собой нульмерную систему [9].

Взаимодействия зарядовых, спиновых и орбитальных степеней свободы в оксидах переходных металлов приводят к неожиданным физическим свойствам сильно-коррелированных систем. Интересные явления наблюдаются при допировании этих материалов. При определенных концентрациях и сорте примесных атомов реализуется весьма интересная ситуация - явление электронного фазового расслоения, например в кристаллах манганитов состава Еи0.7РЬо.зМпОз и Ьао.7РЬ0.зМпОз [10, 11].

Представленная диссертация посвящена исследованию низкоразмерного соединения СиТе205, которое является ярким представителем спин-димерных систем, методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), а также изучению температурных зависимостей молярной теплоемкости и магнитной восприимчивости данного соединения, что позволило построить модель обменных связей, а также оценить величины изотропного и анизотропного обменных взаимодействий в исследуемом образце.

Целью данной работы являлось построение физической модели обменных связей в новом низкоразмерном магнетике СиТе205, которая позволила бы единым образом объяснить результаты экспериментального исследования магнитной восприимчивости, теплоемкости, а также все особенности спектров ЭПР в данном соединении.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующих результатах:

1. Предложена модель обменных связей в СиТе2С>5 в виде двух типов магнитно-неэквивалентных квазиодномерных цепочек спинов с альтернированным обменным взаимодействием внутри цепочек, определены параметры симметричного изотропного обмена между спинами меди в цепочке и между соседними цепочками.

2. В интервале температур 4К - 300К проведены измерения температурных зависимостей статической магнитной восприимчивости, теплоемкости, а также угловых и температурных зависимостей спектров электронного парамагнитного резонанса в СиТегОз

3. Впервые по угловым и полевым зависимостям положения и ширины линии ЭПР определены компоненты тензора гиромагнитных отношений и анизотропных симметричных взаимодействий между спинами ионов меди в цепочке.

4. Получено выражение для ширины линии ЭПР, обусловленной симметричными анизотропными обменными взаимодействиями в альтернированной цепочке.

5. Рассчитан решеточный вклад и определен вклад, обусловленный магнитной подсистемой, в температурную зависимость молярной теплоемкости СиТе205.

Научная и практическая значимость работы. Полученные результаты являются новыми и вносят существенный вклад в понимание микроскопической картины обменных взаимодействий в СиТе205. Результаты исследований могут быть использованы при теоретических и экспериментальных исследованиях физических свойств новых материалов, при выполнении дипломных и курсовых работ.

Достоверность результатов работы обеспечена комплексным характером выполненных экспериментальных исследований, их многократной повторяемостью, непротиворечивостью результатов, полученных различными методами, а также совпадением контрольных экспериментов и теоретических расчетов с установленными фактами, опубликованными в научных работах.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: Конференция Молодых ученых Казанского физико-технического института (Казань, март 2005); IX, XI международная школа молодых ученых «Актуальные проблемы магнитного резонанса и его применения» (Казань, сентябрь 2005 и 2007 г.); VI Научная конференция «Материалы и технологии XXI века» (Казань, апрель 2006 г.); международный, междисциплинарный симпозиум "Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах" ОМА-9 (Сочи, сентябрь 2006 г.); International Workshop on "Exotic States in Materials with Strongly Correlated Electrons" ESM'07 (Sinaia, Romania, September, 2007 г.); международная зимняя школа физиков-теоретиков Коуровка-XXXII (Екатеринбург, февраль 2008 г.); Moscow International Symposium on Magnetism, MISM-2008 (Moscow, June 2008), Европейский конгресс по магнитному резонансу EUROMAR 2008 (Санкт-Петербург, июль 2008), 4-ый евроазиатский симпозиум «Тенденции в магнетизме: наноспинтроника» Eastmag-2010 (Екатеринбург, июнь 2010).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в трёх научных статьях:

1. Structural and magnetic dimers in the spin-gapped system CuTe205 / J.Deisenhofer, R.M. Eremina, T. Gavrilova, et al. // Phys. Rev. B. - 2006. - Vol. 74. -pp. 174421-1 - 174421-8;

2. Анизотропные обменные взаимодействия в CuTe205 / P.M. Еремина, Т.П. Гаврилова, Н.-А. Krug von Nidda и др. // ФТТ. - 2008. - Т.50, № 2. - С. 273-279;

3. Anisotropic Exchange Interactions in CuTe205 / Т. P. Gavrilova, R. M. Eremina, H.-A. Krug von Nidda, et al. // Journal of optoelectronics and advanced materials. - 2008. - V. 10, №7. - P. 1655 - 1658; а также в материалах вышеперечисленных конференций.

Личный вклад автора состоит в:

• участии в обсуждении цели и постановке задачи;

• проведении измерений спектров электронного парамагнитного резонанса, обработке результатов измерений;

• написании программ для обработки результатов и проведении расчетов с их помощью;

• участии в обсуждении результатов эксперимента, их теоретическом описании, написании статей.

Ряд экспериментальных исследований был выполнен в лаборатории Аугсбургского университета, Германия. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант 06-02-17401-а и 0702-08792-3, госконтракт ФЦП, 02.740.11.0103.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 96 наименований. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 7 таблиц.

Основные результаты:

1. Получены выражения для ширины линии ЭПР для цепочки с альтернированными изотропными и анизотропными обменными взаимодействиями.

3. Установлена максимальная величина изотропного обменного взаимодействия между спинами ионов меди внутри цепочки ^=93.3 К и величина параметра альтернирования цепочки а=Т2/1]=0.436, 12=40.7 К. Определена величина изотропного обменного взаимодействия между соседними магнито-неэквивалентными цепочками меди - 0.5 К.

4. Определены параметры симметричного анизотропного обменного взаимодействия между спинами ионов меди в цепочке.

5. Измерены компоненты g - тензоров и определены направления их главных осей для позиций меди из магнитно-неэквивалентных октаэдров.

6. Выделен вклад в молярную теплоемкость СиТе205, обусловленный спиновыми степенями свободы

• Благодарности

Автор хотел бы выразить свою особую благодарность Ереминой Рушане Михайловне — за научное руководство и знания, полученные за время выполнения данной работы.

Автор благодарен профессору М. В. Ерёмину за постоянную готовность помочь и многочисленные дискуссии. Автор очень признателен всем сотрудникам лаборатории радиоспектроскопии диэлектриков КФТИ КазНЦ за помощь, а также за доброжелательную и творческую атмосферу.

Исследования, представленные в диссертации, были выполнены при поддержке грантов РФФИ, DAAD и программы УМНИК (проект № 8513).

Заключение

В настоящей работе изложены результаты исследования низкоразмерного соединения СиТе205 несколькими методами, в том числе проведены измерения: температурной зависимости статической магнитной восприимчивости монокристалла СиТе2С>5;

- температурной, угловой и частотной зависимостей спектров ЭПР в монокристалле СиТе2Оз;

- температурной зависимости молярной теплоемкости в СиТе205.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований сделан следующий вывод:

Можно утверждать, что предложенная модель обменных связей в СиТе2С>5 в виде двух типов магнитно-неэквивалентных квазиодномерных цепочек спинов с альтернированным обменным взаимодействием, позволяет наиболее полно описать все особенности экспериментальных данных по магнитной восприимчивости, теплоемкости и ЭПР.

1. NMR study of the high-field magnetic phase of LiCuVCU / N. Büttgen, W. Kraetschmer, L. E. Svistov et al. // Phys. Rev. B. - 2010. - V. 81, №5. - P. 052403-1 -052403-4.

2. Gippius A.A. Spin polarization of the magnetic spiral in NaCu202 as seen by nuclear magnetic resonance spectroscopy / A. A. Gippius, A. S. Moskvin, S.-L. Drechsler // Phys. Rev. B. 2008. - V. 77, №18. - P. 180403(R)-1 - 180403-4.

3. Буньков Ю.М. Спиновая сверхтекучесть и бозе-эйнштейновская конденсация магнонов / Ю.М. Буньков //УФН.-2010.-Т. 180, №8,- С. 884-889.

4. Low-energy excitations in DTN below Tc: ESR studies / S.A. Zvyagin, J. Wosnitza, A.K. Kolezhuk et al. // Journal of Physics: Conference Series. 2009. -V. 150. - P. 042244-1 - 042244-4.

5. Bose-Einstein Condensation of Dilute Magnons in TlCuCl3 / T. Nikuni, M. Oshikawa, A. Oosawa and H. Tanaka // Phys. Rev. Lett. 2010. - V. 84, № 25. -P. 5868-5871.

6. Exact Dimer Ground State and Quantized Magnetization Plateaus in the Two-Dimensional Spin System SrCu2(B03)2 / H. Kageyama, K. Yoshimura, R. Stern, et al. //Phys. Rev. Lett. 1999. - V. 82, № 15. - P. 3168-3171.

7. Tetrahedral Clusters of Copper(II): Crystal Structures and Magnetic Properties of Cu2Te205X2(X = CI, Br) / M. Johnsson, K. W. Tornroos, F. Mila, and P. Millet // Chem. Mater. 2000. - V.l 2, №10. - P. 2853-2857.

8. Novel spin lattice in Си3ТеОб: an antiferromagnetic order and domain dynamics / M. Herak, H. Berger, M. Prester et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2005. - V. 17, №48. - P. 7667-7679.

9. Evidence for an Unconventional Magnetic Instability in the Spin-Tetrahedra System Cu2Te205Br2 / P. Lemmens, K.-Y. Choi, E. E. Kaul et al. // Phys. Rev. Lett. -2001. V. 87, №22. - P. 227201-1 - 227201-4.

10. Magnetic resonance probe of the phase separation in Еио7РЬозМпОз single crystal / Volkov N.V, Petrakovskii G.A., Sablina K.A. et al. // JMMM. 2003. -V. 258-259. -P.302-305.

11. Двухфазное парамагнитно-ферромагнитное состояние в монокристалле манганита лантана La0 7РЬо зМпОэ / Волков Н. В., Петраковский Г.А., Васильев В.Н., Саблина К.А. // ФТТ. 2002. - Т.44, №.7. - С. 1290- 1294.

12. Krug von Nidda Н.-А. Magnetic resonance in quantum spin chains / H.-A. Krug von Nidda, N. Buttgen, and A. Loidl // Eur. Phys. J. Special Topics. -2010.- V. 180.-P. 161—189.

13. Anisotropic Exchange in Spin Chains / D. Zakharov, H.-A. Krug von Nidda, M. Eremin, et al. / Quantum Magnetism. NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics. 2008. - P. 193-238.

14. Bethe H.A. On the Theory of Metals, I. Eigenvalues and Eignefimctions of a Linear Chain of Atoms / H.A. Bethe // Zeits. Physik. 1931. - V. 71. - P. 205-226.

15. Takahashi M. Thermodynamics of One-Dimensional Solvable Models / M. Takahashi, Cambridge University Press, Cambridge, England. 1999.

16. Klümper A. Thermodynamics of the Spin- 1/2 Antiferromagnetic Uniform Heisenberg Chain / A. Klumper and D. C. Johnston // Phys. Rev. Lett. 2000. -V. 84, № 20. - P. 4701 - 4704.

17. Маттис Д. Теория магнетизма. Введение в изучение кооперативных явлений. / Д. Маттис. М.: Мир, 1967. - 408 с.

18. Bonner J. Linear Magnetic Chains with Anisotropic Coupling / J. Bonner and M. Fisher // Phys. Rev.- 1964. V. 135, № ЗА. - P. A640-A658.

19. Смирнов А.И. Беспорядок и порядок в квантовых спиновых цепочках. / А.И. Смирнов. М.: МФТИ, 2004. - 64 с.

20. Hennessy М. J. Effect of Interchain Coupling on Electron-Spin Resonance in Nearly One-Dimensional Systems / M. J. Hennessy, C. D. McElwee, P. M. Richards II Phys. Rev. B. 1973. - V. 7, № 3. -P. 930-947.

21. Scalapino D. J. Generalized Ginzburg-Landau theory of pseudo-one-dimensional systems / D. J. Scalapino, Y. Imry, P. Pincus // Phys. Rev. B. 1975. -V. 11, № 5. -P. 2042-2048.

22. Anderson P.W. Resonating valence bonds: A new kind of insulator? / P.W. Anderson // Matter. Res. Bull. 1973. V. 8, № 2. - P. 153-160.

23. Hase M. Observation of the spin-Peierls transition in linear Cu (spin-1/2) chains in an inorganic compound CuGe03 / M. Hase, I. Terasaki, and K. Uchinokura //Phys. Rev. Let. 1993. - V. 70, № 23. - P. 3651-3654.

24. Structural Evidence for a Spin Peierls Ground state in the Quasi-One-Dimensional Compound CuGeOs / J. P. Pouget, L. P. Regnault, M. Ain, et al. // Phys. Rev. Lett. 1994. - V. 72, № 25. - P. 4037-4040.

25. Electron Diffraction Study of an Inorganic Spin-Peierls System CuGeOs / O. Kamimura, M. Terauchi, M. Tanaka, et al. // J. Phys. Soc. Jpn. 1994. - V. 63. -P. 2467-2471.

26. Dimerization of CuGe03 in the Spin-Peierls State / K. Hirota, D. E. Cox, J. E. Lorenzo, et al. // Phys. Rev. Lett. 1994. - V. 73, № 5. - P. 736-739.

27. Lemmens P. Magnetic light scattering in low-dimensional quantum spin systems / P. Lemmens, G. Guntherodt, and C. Gros // Phys. Rep. 2003. - V. 375. -P. 1-103.

28. S= 1/2 chains and spin-Peierls transition in TiOCl / A. Seidel, C. A. Marianetti, F. C. Chou, et al. // Phys. Rev. B. 2003. - V. 67, № 2. -P. 020405R-1 - 020405R-4.

29. Spin-Peierls transition in TiOCl / M. Shaz, S. van Smaalen, L. Palatinus, et al. // Phys. Rev. B. 2005. - V. 71, № 10. - P. 100405R-1 - 100405R-4.

30. Orbital order in the low-dimensional quantum spin system TiOCl probed by ESR / V. Kataev, J. Baier, A. Mo Ëller, et al. // Phys. Rev. B. 2003. - V. 68, № 14. - P. 140405R-1 - 140405R-4.

31. Dagotto E. Colossal magnetoresistant materials: the key role of phase separation / E. Dagotto, T. Hotta, A. Moreo // Phys. Rep. 2001. - V. 344, № 1 -P. 1-153.

32. Dynamical Dzyaloshinsky-Moriyalnteraction in KCuF3 / M.V. Eremin, D.V. Zakharov, H.-A. Krug von Nidda et al. // Phys. Rev. Let. 2008. - V 101, № 14. -P. 147601-1 - 147601-4.

33. Anisotropic exchange in LiCuV04 probed by ESR / H.-A. Krug von Nidda, L. E. Svistov, M. V. Eremin, et al. // Phys. Rev B. 2002. - V. 65, № 13. - P. 1344451 134445-7.

34. Goodenough J. B. Theory of the Role of Covalence in the Perovskite-Type Manganites La, M(II).Mn03 / J. B. Goodenough // Phys. Rev. 1955. - V. 100, № 2. -P. 564-573.

35. Kanamori J. Superexchange interaction and symmetry properties of electron orbitals/ J. Kanamori // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1959. -V. 10, №2-3.-P. 87-98.

36. Anderson P.W. Frontiers and Borderlines in Many Particle Physics / P.W. Anderson // Solid State Physics. 1963. - V. 14. - C. 99.

37. Competing exchange interactions in Li2Cu02 / M. Boehm, S. Coad, B. Roessli, et al. //Europhys. Lett. 1998. - V. 43, № 1. - p. 77-82.

38. Ising-like antiferromagnetism in CacjLasCu^O^ / U. Ammerahl, B. Büchner, C. Kerpen, et al. // Phys. Rev. B. 2000. - V. 62, № 6. - P. R3592-R3595.

39. Strong Anisotropy of Superexchange in the Copper-Oxygen Chains of Lai4.xCaxCu2404i / V. Kataev, K.-Y. Choi, M. Grüninger, et al. // Phys. Rev. Lett. -2001.-V. 86, № 13.-P. 2882-2885.

40. Spin structure of the dopable quasi-one-dimensional copper oxide Ca2Y2Cu50io / H. F. Fong, B. Keimer, J. W. Lynn, et al. // Phys. Rev. B. 1999. -V. 59, № 10.-P. 6873-6876.

41. S12V3O9 and Ba2V3Oc>: Quasi-one-dimensional spin-systems with an anomalous low temperature susceptibility / E.E. Kaul, H. Rosner, V. Yushankhai, et al. // Phys. Rev. B. 2003. - V. 67, № 17. - P. 174417-1 - 174417-10.

42. ESR study of the anisotropic exchange in the quasi-one-dimensional antiferromagnet S12V3O9 / V. A. Ivanshin, V. Yushankhai, J. Sichelschmidt, et al. // Phys. Rev. B. 2003. - V. 68, № 6. - P. 064404-1 - 0644044-6.

43. Popovic Z. S. Sodium Pyroxene NaTiSi206: Possible Haldane Spin-1V

44. Chain System / Z. S. Popovic, Z. V. Sljivancanin, and F. R. Vukajlovic // Phys. Rev. Lett. 2004. - V. 93, № 3. - P. 036401-1 - 036401-4.

45. Long-range magnetic order in quasi-one-dimensional chromium-based (S=3/2) pyroxenes (Li,Na)Cr(Si,Ge)206 / A. N. Vasiliev, O. L. Ignatchik, A. N. Sokolov, et al. // Phys. Rev. B. 2005. - V. 72, № 1. - P. 012412-1 - 012412-4.

46. Dagotto E. Surprises on the Way from One- to Two-Dimensional Quantum Magnets: The Ladder Materials / E. Dagotto and T. M. Rice // Science. 1996. -V. 271, № 5249. P. 618-623.

47. Dagotto E. Experiments on Ladders Reveal a Complex Interplay Between a Spin- Gapped Normal State and Superconductivity / E. Dagotto // Rep. Prog. Phys. -1999.-V. 62,№ 11.-P. 1525-1571.

48. Dagoto E. Superconductivity in ladders and coupled planes / E. Dagotto, J. Riera, and D. Scalapino // Phys. Rev. B. 1992. V. 45, № 10. P. 5744-5747.

49. Haldane F. D. M. Nonlinear Field Theory of Large-Spin Heisenberg Antiferromagnets: Semiclassically Quantized Solitons of the One-Dimensional Easy-Axis Neel State / F. D. M. Haldane // Phys. Rev. Lett. 1983. - V. 50, № 15. -P.1153-1156.

50. Magnetization Measurement of NENP and NINO in High Magnetic Field / T. Takeuchi, M. Ono, H. Hori et al. // J. Phys. Soc. Jpn. 1992. - V. 61. - P. 32553261.

51. Sakai T. Field-induced long-range order in the S=1 antiferromagnetic chain/ T. Sakai I I Phys. Rev. B. 2000. V. 62, № 14. - P. R9240-R9243.

52. Allen D. Spin-1 ladder: A bosonization study / D. Allen and D. Senechal // Phys. Rev. B. 2000. - V. 61, № 18. - P. 12134-12142.

53. Senechal D. Semiclassical description of spin ladders / D. Senechal // Phys. Rev. B.- 1995.-V. 52,№21.-P. 15319-15326.

54. Sato M. Low-energy properties of two-leg spin-1 antiferromagnetic ladders with commensurate external fields and their extensions / M. Sato // Phys. Rev. B. -2005. V. 71, № 2. - P. 024402-1 - 024402-23.

55. Takatsu K. Ground States of Double Spin Chain Systems TlCuCl3, NH4C11CI3 and KCuBr3 /K. Takatsu, W. Shiramura, and H. Tanaka // J. Phys. Soc. Jpn. 1997. - V. 66, № 6. - P. 1611-1614.

56. Motoyama N. Magnetic Susceptibility of Ideal Spin 1 /2 Heisenberg Antiferromagnetic Chain Systems, Sr2CuC>3 and SrCu02 / N. Motoyama, H. Eisaki, and S. Uchida // Phys. Rev. Lett. 1996. - V. 76, № 17. - P. 3212-3215.

57. Hiroi Z. Absence of superconductivity in the doped antiferromagnetic spin-ladder compound (La, Sr)Cu02 5 / Z. Hiroi and M. Takano // Nature London. 1995. -V. 377, №6544.-P. 41-43.

58. Isobe M. Magnetic Susceptibilities of AV2O5 (A=Li and Cs) with Square Pyramidal V(IV)05 / M. Isobe and Y. Ueda // J. Phys. Soc. Jpn. 1996. - V. 65, №10.-P. 3142-3145.

59. Ueda Y. Vanadate Family as Spin-Gap Systems / Y. Ueda // Chem. Mater. 1998.-V. 10.-P. 2653-2664.

60. Thalmeier P. Charge ordering and spin-Peierls transition in a' — NaV203 / P. Thalmeier and P. Fulde // Europhys. Lett. 1998. - V. 44, № 2. - P. 242-248.

61. Lattice vibrations of a-NaV205 / M.N. Popova, A.B. Sushkov, S.A. Golubchik, et al. // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 1999. -V. 88, №6.-P. 1186-1197.

62. Unconventional Anisotropic Superexchange in a'-NaV205 / M. V. Eremin, D. V. Zakharov, R. M. Eremina, et al. // Phys. Rev. Lett. 2006. - V. 96, № 2. -P. 027209-1 - 027209-4.

63. Insulator to semiconductor transition and magnetic properties of the one-dimensional S=l/2 system In2V05 / A. Möller, T. Taetz, N. Hollmann, et al. // Phys. Rev. B. 2007. - V. 76, № 13.-P. 134411-1 - 134411-9.

64. Antiferromagnetic dimers of Ni(II) in the S=1 spin-ladder Na2Ni2(C204)3(H20)2 / C. Mennerich, H.-H. Klauss, M. Broekelmann et al. // Phys. Rev. B. 2006. - V. 73, № 17. - P. 174415-1 - 174415-8.

65. BiCu2V06 : A new narrow-band spin-gap material / T. Masuda, A .Zheludev, H .Kageyama and A. N. Vasiliev // Europhys. Lett. 2003. - V. 63, №5.- P. 757-763.

66. Magnetic nanostructures / F. J. Himpsel, J. E. Ortega, G. J. Mankey, and R. F. Willis // Advances in Physics. 1998. - V. 47, № 4. - P. 511-597.

67. Magnetic properties of vanadium oxide nanotubes probed by static magnetization and 5IV NMR / E. Vavilova, I. Hellmann, V. Kataev, et al. // Phys. Rev. B. 2006. - V. 73, № 14. - P. 144417-1 - 144417-7.

68. Hanke K. The Crystal Structure of CuTe205 / K. Hanke, V. Kupcik, O.Lindqvist // Acta Crystallographica Section B. 1973. - №29. - C. 963 - 970.

69. Investigation of the oxohalide Cu4Te5012Cl4 with weakly coupled Cu(II) tetrahedral / R. Takagi, M. Johnsson, V. Gnezdilov et al. // Phys. Rev. B. 2006. -V. 74, № 1. - P. 014413-1 - 014413-8.

70. Whangbo M.-H. Spin dimer, electronic band structure and classical spin analyses of spin exchange interactions and ordered magnetic structures of magnetic solids / M.-H. Whangbo, D. Dai, and H.-J. Koo / Solid State Sei. 2005. - V. 7, № 7.- P. 827-852.

71. Hoffmann R. / An Extended Hückel Theory. I. Hydrocarbons // R. Hoffmann. J. Chem. Phys. 1963. V. 39, № 6. - P. 1397-1412.

72. Proposed low-energy model Hamiltonian for the spin-gapped system CuTe205 / H. Das, T. Saha-Dasgupta, C. Gros, and R. Valenti // Phys. Rev. B. 2008. -V. 77, № 22, P. 224437-1 - 224437-8.

73. Ushakov A.V. Electronic and magnetic structure for the spin-gapped system CuTe205 / A.V. Ushakov and S.V. Streltsov // J. Phys.: Condens. Matter/ -2009. V. 21. - P. 305501-1 - 305501-4.

74. Bleaney B. B. Anomalous paramagnetism of copper acetate / B. B. Bleaney and K. D. Bowers / Proc. R. Soc. London, Ser. A. 1952. - V. 214. - P. 451-465.

75. Nalcajima T. Singlet Ground State and Magnetic Interactions in New Spin Dimer System Ba 3Cr 20 8 / T. Nakajima, H. Mitamura, and Y. Ueda // J. Phys. Soc. Jpn. 2006. - V 75, № 5. - P. 054706-1 - 054706-4.

76. Eggert S. Susceptibility of the spin 1/2 Heisenberg antiferromagnetic chain/ S. Eggert, I. Affleck, and M. Takahashi // Phys. Rev. Lett. 1994. - V. 73, № 2. -P. 332-335.

77. Discovery of a spin-singlet ground state with an energy gap in CaCuGe206 / Y. Sasago, M. Hase, K. Uchinokura et al. // Phys. Rev. B.- 1995. V. 52, № 5. -P. 3533 -3539.

78. Thermodynamics of spin S=l/2 antiferromagnetic uniform and alternating-exchange Heisenberg chains / D. C. Johnston, R. K. Kremer, M. Troyer et al. II Phys. Rev. B. 2000. - V. 61, № 14. - P. 9558-9606.

79. The magnetic state of the low dimensional CuTe205 compound below 20K/ M. Miljak, M. Herak, O. Milat et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2008. V. 20. -P. 505210-1 -505210-8.

80. Duffy W. Theory of Alternating Antiferromagnetic Heisenberg Linear Chains / W. Duffy and K. P. Barr // Phys. Rev. 1968. - V. 165, № 2. - P. 647-654.

81. High-field ESR spectroscopy of the spin dynamics in Lai.xSrxMn03 (x < 0.175). / D. Ivannikov, M. Biberacher, H.-A. Krug von Nidda, et al. // Phys. Rev. B. -2002. V. 65, № 21. - P. 214422-1 - 214422-12.

82. Structural and magnetic properties of CuSb206 probed by ESR / M. Heinrich, H.-A. Krug von Nidda, A. Krimmel, et al. // Physical Review B. 2003. -V. 67, №22.-P. 224418-1 224418-8.

83. Pilawa B. Anisotropy of the electron spin-resonance linewidth of CuGeCb / B. Pilawa // Journal of Physics: Condensed Matter. 1997. - V. - P. 3779 - 3792.

84. Альтшулер C.A. Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп / С.А. Альтшулер, Б.М. Козырев. М: Наука 1972. - 672 с.

85. Anisotropic exchange interactions in CuGe03 probed by electron spin resonance spectroscopy / R.M. Eremina, M.V. Eremin, V.N. Glazkov, et al. // Physical Review B. -2003. V. 68, № 1. - P. 014417-1 - 014417-10.

86. Москвин A.C. Особенности обменных взаимодействий в ортоферритах- ортохромитах / A.C. Москвин, И.Г. Бострем, // Физика Твердого Тела. 1977. - Т. 19, № 9. - С. 1616-1626.

87. Абрагам А. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов / А. Абрагам, Б. Блини. М: Мир, 1972. -Т.1.-672 с.

88. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела / Ч. Китель. М.: Наука, 1978.-790 с.

89. Extremely strong-coupling superconductivity and anomalous lattice properties in the ß-pyrochlore oxide K0s206 / Z. Hiroi, S. Yonezawa, Y. Nagao, and J. Yamaura // Phys. Rev. B. 2007. - V. 76, № 1. - P. 014523-1 - 014523-19.

90. Буш А .А. Теплоемкость се гнетоэлектрических к ристал л ob систе мы Pb5(Ge! xSix^On / A.A. Буш, Е.А. Попова // Физика твердого тела. 2004. -Т. 46, № 5. - С. 875-880.

91. Khattak G. Specific heats of mercury chalcogenides and HgI2 between 0.4 and 50 K / G. D. Khattak, H. Akbarzadeh and P.H. Keesom // Phys. Rev. B. 1981. -V. 23, №6.-P. 2911-2915.

92. Lawless W. N. Specific heats of paraelectrics, ferroelectrics, and antiferroelectrics at low temperatures / W.N. Lawless // Phys. Rev. B. 1976. - V. 14, № 1. - P. 134-143.

93. Laura Agazzi. Vibrational properties of CuTe205 / PhD thesis. 2006/2007.

94. Dandekar D.P. Low-temperature heat capacities of orthorhombic and cubic PbF2 / D.P. Dandekar, J.J. Tsou and J.C.Ho // Phys. Rev. B. 1979. - V. 20, № 8. -P. 3523-3525.1. Список публикаций автора

95. Al. Structural and magnetic dimers in the spin-gapped system CuTe205 / J. Deisenhofer, R.M. Eremina, T. Gavrilova et al. // Phys. Rev. B. 2006. - V. 74, № 17. .p. 174421-1 - 174421-8.

96. A2. Анизотропные обменные взаимодействия в CuTe205 / P.M. Еремина, Т.П. Гаврилова, H.-A. Rrug von Nidda и др. // Физика твердого тела. 2008. -Т.50, № 2. - С. 273-279.

97. A3. Anisotropic Exchange Interactions in СиТе205/ Т. P. Gavrilova, R. M. Eremina, H.-A. Krug von Nidda, et al. // Journal of optoelectronics and advanced materials. 2008. - V. 10, №7. - P. 1655 - 1658.

98. A4. Гаврилова Т. П. Спектры ЭПР в СиТе205 / Т.П. Гаврилова, P.M. Еремина // Тезисы докладов конференция молодых ученых КФТИ КазНЦ РАН, Казань, Россия. 2005г. С.44-48.

99. А5. Гаврилова Т. П. Спектры ЭПР в CuTe2Os / Т.П. Гаврилова, P.M. Еремина // Тезисы докладов IX международной школы молодых ученых «Актуальные проблемы магнитного резонанса и его применения», Казань, Россия. 2005г. - С.45-48.

100. А8. Anisotropic exchange interactions in CuTe205 / T.P. Gavrilova, R.M. Eremina, H.-A. Krug von Nidda, et al. // Book of abstracts of ehe International

101. Workshop on Exotic States in Materials with Strongly Correlated Electrons -ESM'07, Sinaia, Romania. 2007. P.46.

102. А10 Гаврилова Т. П. Парамагнитные центры в СиТе205 / Т.П. Гаврилова, P.M. Еремина // Тезисы докладов XXXII международной зимней школы физиков-теоретиков Коуровка-2008, Новоуральск, Россия. 2008г. - С. 144.

103. All Gavrilova Т.Р Paramagnetic centers in CuTe205 / T.P. Gavrilova, R.M. Eremina // Book of abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism, MISM-2008, Moscow, Russia. 2008. -P.273.

104. A12 Eremina R.M. Anisotropic exchange interactions in CuTe2Os / R.M. Eremina, T.P. Gavrilova // Book of abstracts of Magnetic resonance congress EUROMAR-2008, St. Petersburg, Russia. 2008. -P.210.