Спиновая киральность и рассеяние поляризованных нейтронов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Б. П. КОНСТАНТИНОВА РАН

УДК 537.9/537.632

Григорьев Сергей Валентинович

СПИНОВАЯ КИРАЛЬНОСТЬ И РАССЕЯНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ НЕЙТРОНОВ

01.04.07 — физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук

На правах рукописи

Гатчина — 2010

004610939

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова РАН.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, академик РАН Стишов С. М.,

доктор физико-математических наук,

профессор

Вахрушев С. Б.,

доктор физико-математических наук,

профессор

Алексеев П. А.

Лаборатория нейтронной физики И.М. Франка, ОИЯИ

им.

Защита состоится 21 октября 2010 г. в 11 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 002.115.01 при Учреждении Российской академии наук Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова РАН по адресу: 188300, Ленинградская обл., г. Гатчина, Орлова Роща.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПИЯФ РАН.

Автореферат разослан 20 сентября 2010. Учёный секретарь диссертационного совета

итропольский И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Открытие того, что все биологически значимые молекулы существуют только как один из двух возможных зеркальных изомеров (энантиомеров), является потрясающим примером полного нарушения киральной симметрии и уже несколько десятилетий интригует ученых неразрешенностью загадки. Гораздо реже такое нарушение происходит при росте кристаллов. Обусловленное естественными механизмами, оно случается, когда физический или химический процесс, сам по себе не приводящий к преимуществу того или другого энантиомера, все же спонтанно производит большой избыток одного из двух энантиомеров: правого или левого. Трудно найти среди фундаментальных сил такие, которые были бы способны повлиять на киральность кристалла во время роста. Среди них можно назвать силу Кориолиса, обусловленную вращением Земли, или слабое взаимодействие. Однако эти силы, действующие на кристалл во время роста, оказываются слишком маленькими по сравнению с температурой кристаллизации, и поэтому считается, что два энантиомера существуют с равной вероятностью и неорганические процессы всегда производят смесь двух энантиомеров. Часто также предполагается, что если избыток одного из энантиомеров появляется в эксперименте, то это должно быть связано с методом роста кристалла с использованием зародыша, который и приводит к нарушению киральной симметрии. Тем не менее, даже в неорганических процессах полное стопроцентное нарушение киральной симметрии может быть достигнуто при кристаллизации некоторых солей (например, хлорат натрия №С10з), имеющих симметрию группы Р213 [1]. При этом было показано, что нарушение киральной симметрии не связано с гипотезой о "зародыше", а определяется нелинейным автокаталитическим процессом. Таким образом, можно считать установленным, что для получения совершенно чистых киральных кристаллов совершенно необходим механизм существенно усиливающий изначально слабое, случайное или закономерное неравновесие между двумя энантиомерами.

Спиновая киральность присуща материалам, в которых цепочки спинов образуют спираль, или винт. Обычно такие материалы рассматривались как вырожденные, не имеющие явного предпочтения ни для лево-, ни

для правозакрученных систем. Примером такой вырожденной системы может служить спиновая спираль в редкоземельных элементах: Но, Dy и др. Исключение представляет собой спиновая структура силицида марганца MnSi, в которой методом рассеяния поляризованных нейтронов была обнаружена левозакрученная спиновая спираль, образующаяся ниже критической температуры Тс — 29 К. Оказалось, что образование спирали и единое направление вращения спинов, снятие вырождения по киральности обусловлены взаимодействием Дзялошинского-Мория (ДМ), которое возникает в нецентросимметричных кристаллах типа P2i3. Связь кристаллографической структуры со спиновой киральностью была экспериментально установлена, но практически не изучена, что породило также миф о монокиральности моносилицида марганца MnSi.

Важная роль, которую метод рассеяния поляризованных нейтронов может играть при исследовании спиновой киральности, была осознана сравнительно недавно и обобщена в работе C.B. Малеева [2]. Дело в том, что поляризация нейтронов Р - это i-нечетный аксиальный вектор, поскольку он' не меняет знака при инверсии пространства, но меняет знак при инверсии времени. Сечение рассеяния нейтронов - это скаляр и не зависит от выбора системы координат, а значит, оно не может измениться при инверсии пространства и времени. Поэтому, если сечение рассеяния нейтронов зависит от их поляризации, то рассеивающая система должна характеризоваться каким-либо i-нечетным аксиальным вектором. Примерами такого вектора является намагниченность в ферромагнетиках, или спиновый винт (спираль) в неколлинеарных структурах.

Иными словами, взаимодействие поляризованных нейтронов с объектом, характеризующимся аксиальным вектором спиновой спирали, приводит к появлению в сечении рассеяния нейтронов поляризационно зависящего, антисимметричного, относительно вектора рассеяния, вклада. Это позволяет легко выделять соответствующий вклад и изучать физические явления и процессы, происходящие в таких киральных объектах. Пионерские работы в этой области были выполнены в начале 80-х годов прошлого века при исследовании критической динамики ферромагнетиков. В этих работах методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов

было показано, что спиновые корреляции третьего и более высоких порядков оказываются очень заметными в критической области температур вблизи Тс- Нечетные корреляционные функции, хотя и не дают вклада в статическую часть магнитной восприимчивости, тем не менее, дают вклад в динамическую восприимчивость. Самая низшая из нечетных, трехспиновая корреляционная функция, была введена C.B. Малеевым [3] и впервые обнаружена А.И. Окороковым и соавторами [4] в экспериментах по рассеянию поляризованных нейтронов в железе с использованием специальной наклонной геометрии внешнего магнитного поля (Н наклонено по отношению к волновому вектору нейтрона к0). Было показано что трехчастичная корреляционная функция является динамическим объектом киральной природы, а для ее наблюдения может быть использован киральный канал в рассеянии поляризованных нейтронов. В этих исследованиях было экспериментально подтверждено правило слияния критических флуктуаций, которое эквивалентно алгебре Полякова-Каданова-Вильсона [5].

Несколькими годами позднее метод наклонной геометрии магнитного поля при рассеянии поляризованных нейтронов был использован как способ измерения жесткости спиновых волн (поперечных спиновых возбуждений) в ферромагнетиках ниже Тс. В этом случае опять использовался киральный канал рассеяния нейтронов и измерялась лево-/правосторонняя асимметрия рассеяния. Метод был успешно применен для исследования спиновых волн в аморфных ферромагнетиках [б].

Дальнейший прогресс в исследованиях спиновой киральиости связан с работами X. Кавамура [7], который показал, что магнитные фазовые переходы в спиральных магнетиках и треугольных (неколлинеарных) антиферромагнетиках принадлежат к новому классу универсальности с характерными критическими индексами, которые значительно отличаются от значений, приписываемых антиферромагнетикам. Причем наибольшее отклонение, согласно расчетам X. Кавамуры, должно наблюдаться для критического индекса теплоемкости а. Более того, два новых киральных критических индекса f3c и % были введены в работе для того, чтобы охарактеризовать среднюю киральность системы (С) ниже температуры перехода, а также киральную восприимчивость \с выше температуры

перехода. Для экспериментальной проверки этой гипотезы В.П. Плахтий с сотрудниками, используя дифракцию поляризованных нейтронов, провели серию экспериментов по измерению средней киральности (С) и киральной восприимчивости Хс как Для простой спирали в образцах Но [8], так и для треугольных антиферромагнетиков СзМпВгз и Сб1\ИС1з [9]. В результате этих исследований были определены критические киральные индексы /?с и 'ус в киральных спиновых структурах и была экспериментально подтверждена гипотеза киральной универсальности фазовых переходов второго рода. Важно отметить, что в редкоземельных элементах Но и Эу спиновая спираль вырождена и необходимы внешние силы для того, чтобы снять вырождение. В случае экспериментов с Но в [8] к образцу прикладывалось напряжение кручения, которое и приводило к преимущественному заселению одного типа спирали с перевесом в 2 %.

В случае с ферромагнитными нецентросимметричными кристаллами, такими как МпБ!, роль силы, снимающей вырождение, играет взаимодействие Дзялошинского-Мория (ДМ), обусловленное нецентросимметричностью кристалла. Подобные же явления возникновения однозакрученной спирали наблюдаются и в антиферромагнитных нецентросимметричных кристаллах, где взаимодействие ДМ конкурирует с коллинеарным антиферромагнитным взаимодействием [10, 11]. Еще более интересным классом магнетиков с взаимодействием ДМ является класс диэлектриков-мультиферроиков, в которых отсутствие центра симметрии в кристаллах приводит к спонтанной или наведенной электрическим полем поляризации. В результате появляется взаимодействие ДМ, сопровождающееся образованием однонаправленной спиновой спирали. Направление вращения спирали зависит от знака взаимодействия ДМ, которое, в свою очередь, управляется степенью электрической поляризации, определяемой знаком и силой электрического поля, приложенного к образцу. Такой сценарий развития событий в мультиферроиках подтверждается экспериментами с поляризованными нейтронами, первый из которых был проведен еще в 80-е годы 20-го века [12].

Таким образом, актуальность исследования обусловлена тем фактом, что концепция спиновой киральности в настоящий момент является важным элементом в понимании сложных неколлинеарных спиновых структур, а метод

рассеяния поляризованных нейтронов оказывается идеальным и чуть ли не единственным способом обнаружения и исследования спиновой киральности. Кроме высокой чувствительности поляризованных нейтронов в экспериментах с киральными магнитными объектами, следует также отметить традиционные преимущества нейтронного рассеяния для исследования конденсированных сред, такие как: (1) высокая проникающая способность нейтронного излучения и возможность проводить эксперименты в экстремальных условиях низких температур и высоких давлений; (2) получение информации обо всем объеме исследуемого вещества, э не только с поверхности образца, физические свойства которой зависят от качества поверхности и низкоразмерных явлений; (3) возможность проводить измерения свойств магнитных систем в малом, практически нулевом, поле, тем самым не возмущая магнитную систему исследуемого объекта.

В качестве объекта исследования в данной диссертации представлены, во-первых, кубические нецентросимметричные магнетики, моносилициды переходных металлов, характеризующиеся наличием релятивистской спиновой спирали, обусловленной взаимодействием Дзялошинского-Мория. Физические свойства таких соединений определяются тонкой игрой различных взаимодействий: сосуществование сильного изотропного обменного взаимодействия наряду со слабыми релятивистскими взаимодействиями, нарушающими спиновую симметрию, приводит к появлению сложных магнитных структур и к новым явлениям различного типа. .Хрупкое равновесие, обусловленное этими взаимодействиями, может быть легко нарушено внешними силами, такими как давление, магнитное поле и химическое замещение, что ещё больше усиливает интерес к этим объектам.

Во-вторых, представлено исследование многослойной У/Эу-системы, в которой обменное РККИ взаимодействие как внутри Оу-слоя, так и между слоями приводит к образованию спиновой спирали с когерентной длиной, много большей периода многослойной системы. Металлические многослойные системы с чередованием магнитных и немагнитных слоев оказались в центре внимания исследователей в связи с обнаруженным в них эффектом гигантского магнитосопротивления (ГМС). Ключом к

пониманию этого явления служит тот факт, что ферромагнитные слои в "многослойке" попарно антиферромагнитно упорядочены. Как было показано, необычное антиферромагнитное упорядочение обусловлено осциллирующим РККИ взаимодействием между слоями. Дополнительные возможности спиральных магнетиков для ГМС эффекта недостаточно исследованы, однако понятно, что спиновая и зарядовая степени свободы в них связаны необычным образом и что изучение многослойных металлических систем со спиральным упорядочением представляет интерес кйк с фундаментальной, так и прикладной точек зрения. 1

В-третьих, исследован феррромагнетик ЕиБ в критической области температур с целью изучения трехспиновой корреляционной функции методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов. Известно, что свойства магнитных систем в критической области температур не определяются только парной корреляционной функцией, а описываются многочастичными функциями, т.е. корреляционными функциями высокого порядка [5]. До сих пор многочисленные исследования на этот счет сводились к различного вида компьютерным расчетам и теоретическим рассмотрениям. Не существует ни одного метода, который позволил бы прямо измерять корреляционные функции высоких порядков, в то время как такие измерения необычайно интересны как теоретически, так и экспериментально. Исключение составляет одна из экспериментальных методик, использующая киральный канал рассеяния поляризованных нейтронов [4].

В-четвертых, были выбраны железо-никелевые инварные сплавы с целью исследования спин-волновой динамики в этой сложной системе. Нулевое значение коэффициента линейного теплового расширения в широком температурном диапазоне от нуля до Тс показывает, что магнетизм и объемные характеристики инварных сплавов связаны. Благодаря этому свойству инварные Ре№ сплавы широко используются в промышленности для приборов прецизионной механики и в космической технике. Однако природа инварного эффекта до сих пор до конца не понята. В настоящее время наиболее распространенным объяснением является гипотеза Вейса о двух 7-состояниях атома железа в ГЦК решетке (27-модель) [13]. На сегодняшний день хотя многочисленные расчеты из первых принципов и поддерживают

27-модель, эксперименты с поляризованными нейтронами не подтверждают ее истинности, и вопрос о природе инварного эффекта остается открытым.

Перечисленные выше объекты исследования демонстрируют спектр задач, решение которых может быть достигнуто с помощью рассеяния поляризованных нейтронов. Настоящая работа претендует на решение ряда вопросов в области исследований сложных магнитных структур с использованием новых методик рассеяния поляризованных нейтронов, а потому является своевременной и актуальной.

В связи с вышеизложенным, целью настоящей диссертационной работы является демонстрация экспериментальных возможностей метода рассеяния поляризованных нейтронов при исследовании нарушения киральной симметрии в магнетиках и изучение магнитных характеристик материалов с использованием кирального канала в рассеянии поляризованных нейтронов.

В соответствии с целью исследования были поставлены следующие основные задачи:

1. Интегральными магнитными методами и методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов провести комплексное исследование закономерностей поведения магнитной системы кубического нецентросимметричного магнетика МпБ1 • со взаимодействием Дзялошинского-Мория как прототипа для других родственных систем ЯеСе, Ре^Со^ и Мп^Ре^БК

2. На основе полученных данных построить фазовую диаграмму (магнитное поле - температура) для моносилицида марганца Мп-

и, опираясь на нее, в рамках теории [14] рассчитать основные взаимодействия, управляющие магнитными свойствами данных систем.

3. Исследовать состояние магнитной системы Мп51 в области А-фазы и оценить характер влияния магнитного поля на направление спиновой спирали.

. 4. Исследовать закономерности критического поведения магнитной подсистемы Мп51 в области магнитного фазового перехода методом малоугловой дифракции поляризованных нейтронов.

5. Изучить особенности структурной и магнитной киральности систем Мп-

и Ре^Со,^.

6. Исследовать закономерности критического поведения спиновой спирали в многослойной У/1Эу-системе в области магнитного фазового перехода.

7. Изучить влияние магнитного поля на состояние магнитной системы многослойной У/Оу-системы ниже точки фазового перехода парамагнетик-гелимагнетик, а также измерить величину средней киральности системы в зависимости от температуры и магнитного поля.

8. Исследовать парную и трехспиновую корреляционные функции в классическом магнетике ЕиБ в критической области температур в магнитном поле.

9. Исследовать спин-волновую динамику в классическом инварном сплаве

в широком диапазоне температур в магнитном поле.

Научная новизна

Научная новизна результатов работы заключается в том, что в ней впервые всесторонне продемонстрированы возможности использования метода рассеяния поляризованных нейтронов для исследования проблемы киральности магнитных систем и использования кирального канала рассеяния нейтронов для решения задач физики твердого тела. Основные результаты экспериментальных исследований получены автором впервые и в ряде случаев привели к созданию новых теоретических положений для неколлинеарных магнетиков.

Научная и практическая ценность

Установленные в результате выполнения работы физические закономерности вносят новый вклад в современные представления о магнитной системе кубических нецентросимметричных кристаллов с взаимодействием ДМ. Предложена и апробирована теория критического рассеяния для спинозых систем с иерархией взаимодействий. Получен явный вид магнитной восприимчивости и корреляционные функции для иерархических спиновых систем.

На примере многослойной У/Оу-системы показана существенная роль, которую взаимодействие Дзялошинского-Мория играет при спиновом упорядочении в многослойных магнитно-немагнитных металлических системах.

Полученные экспериментальные результаты могут быть востребованы в научных лабораториях, занимающихся проблемами магнетизма и его связью с кристаллографической структурой. Данные по изучению магнитных свойств геликоидальных магнетиков могут быть использованы при разработке новых типов магнитной памяти, датчиков нейтронной поляризации, а также для спинтронных устройств.

Апробация работы. Результаты и положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. на серии Международных конференций по нейтронному рассеянию: 052001 (Мюнхен, Германия), ЕСЫБ2003 (Монпелье, Франция), ЕС-N52007 (Лунд, Швеция), ОБ2009 (Бостон, США);

2. на Международных конференциях по магнетизму: 1СМ2006 (Киото, Япония), 1СМ2009 (Карлсруэ, Германия); на Международной конференции по фрустрированному магнетизму НРМ2006 (Осака, Япония) и на Международном совещании по тонким магнитным пленкам 1СМГБ2009 (Берлин, Германия);

3. на серии Международных совещаний по рассеянию поляризованных нейтронов в конденсированных веществах: Р1МСМ12000 (Гатчина, Россия), Р1МСМ12002 (Юлих, Германия), РЫСМ!2004 (Вашингтон, США), Р1ЧСМ12006 (Берлин, Германия), Р[^СМ12008 (Токай, Япония);

4. на серии национальных совещаний по Рассеянию .Нейтронов в Исследованиях Конденсированных Сред: РНИКС-1999 (Обнинск), РНИКС-2002 (Гатчина), РНИКС-2004 (Заречный), РНИКС-2008 (Гатчина).

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и списка цитированной литературы из 169 наименований, содержит 288 страниц машинописного текста, включая 68 рисунков и 1 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, а также положения, выносимые на защиту. Кратко изложены структура и содержание работы, дается характеристика научной новизны и практической ценности полученных результатов.

В первой главе излагаются основные принципы магнитного рассеяния нейтронов в системах со спиновой киральностью, т.е. таких системах, в которых цепочки спинов образуют спирали в пространстве и времени. Такие спиральные структуры хорошо описываются каким-либо аксиальным векторным взаимодействием или вектором. Примерами такого вектора является магнитное поле, намагниченность, спиновый винт, обусловленный взаимодействием Дзялошинского-Мория, волновой вектор спирали в системах с неравновесной заселенностью магнитных спиралей и т.д. Во всех этих случаях рассеяние поляризованных нейтронов дает достоверную информацию о спиновых структурах, недоступную другим методам исследования. Описаны основные принципиальные схемы постановки экспериментов с поляризованными нейтронами. Одна из них - измерение сечения поляризованных нейтронов без анализа их поляризации - была использована практически во всех экспериментах, представленных в данной работе.

Основной принцип этой методики базируется на закономерностях магнитного рассеяния нейтронов. Упругое рассеяние нейтронов на простой магнитной спирали может быть представлено в следующем виде [2]:

^ = К(д)/2]2{52(1 + (чс)2) + 2{с)(яР0)(с1е)(п£ - пяМР - к), (1)

где с = [Эх х82]/(С) -единичный вектор киральности, с[ = С}/С}, 5-средний спин, Ро - поляризация падающего пучка нейтронов, к - волновой вектор магнитной спирали, а П1,Пц - уровни заселенности лево- и правосторонней спирали.

Из (1) видно, что сечение рассеяния нейтронов зависит от начальной поляризации Р0 и что можно извлечь поляризационно-независящую часть

сечения как

Еа(д) = а(О,Р0) + <7(<3,-Р0)~52, (2)

а поляризационно-зависящую часть сечения как

Да(С1) = а(СЗ, Р0) - е(С1, -Р0) ~ <С)(4Р„)(гц - пл), (3)

соответственно. Как видно из выражений (2,3), можно легко разделить поляризационно-независящий вклад Еа(С}) и поляризационно-зависящий вклад Дсг(С2) в магнитное рассеяние. При этом поляризационно-независящий вклад пропорционален квадрату намагниченности (5)2, в то время как поляризационно-зависящий вклад пропорционален средней киральности системы (С) = ([5: х 52])- Аналогичное рассмотрение можно провести и для неупругого рассеяния нейтронов, в котором поляризационно-зависящий (киральный) канал рассеяния позволяет выделить и изучать динамические объекты киральной природы [3].

На Рис.1,

представлена типичная установка малоуглового сстатор

рассеяния поляризованных скоростсй 1фл""пср I мзЬб^са "'"Т"

Г поляризатор | маг,тт труба чувстЕ„ТеЛ1,„ый

нейтронов. Селектор коллимационная детектор

линия

скоростей и система

коллимирующих диафрагм Рис- 1 Принципиальная схема установки определяют разрешение Для малоуглового рассеяния поляризованных падающего пучка нейтронов, нейтронов 5АЫБ-2 в научно-исследовательском Поляризатор, флиппер Центре СКББ (Геестахт, Германия) (вращатель поляризации) и система ведущих магнитных полей позволяют определять разницу в сечении нейтронов с поляризацией вдоль и против магнитного поля. Узел образца, оборудованный электромагнитом и рефрижератором закрытого цикла, позволяет менять условия на образце в широком диапазоне полей и температур. Позиционно-чувствительный детектор, расположенный в 20-метровой вакуумной трубе, и перестраиваемая селектором скоростей длина волны нейтронов позволяют перекрыть диапазон переданных при рассеянии импульсов нейтронов на 4 порядка. В целом

установка идеально сконструирована для экспериментов по малоугловой дифракции и рассеянию поляризованных нейтронов.

В данной главе также представлен литературный обзор и описаны проблемы, стоящие перед исследователем при изучении сложных неколлинеарных магнитных систем. Например, обсуждается сложная фазовая диаграмма (магнитное поле - температура) моносилицида марганца MnSi, особенности квантового фазового перехода под давлением, монокиральность образцов и связь структурной и магнитной киральностей.

Во второй главе исследована кристаллографическая структура В20 кубических магнетиков без центра инверсии. Кроме эталонногр кристалла MnSi, изучалась серия монокристаллов твердых растворов Fe^Co^Si с концентрациями х =0.08, 0.1, 0.15 0.2, 0.25, 0.30, 0.50. Использовался метод рентгеновской дифракции синхротронного излучения для оценки абсолютной структуры образцов. Известно, что в пространственной группе P2j3 атомы занимают позиции, определяемые векторами

{и, и,и)-, (i + u, + - и, -и, i + и), (4)

где име и «si - позиции металлических и кремниевых атомов. Таким образом, в элементарной ячейке находится по четыре атома металла и кремния. Анализ данных показал, что исследуемые образцы Fei-zCozSi являются энантиоморфно чистыми и что структурная киральность меняется от правовращающейся при х < 0.2 (име = 0.863, «si = 0.155) к левовращающейся при х > 0.2 (име = 0.137, ugi = 0.845). Исследуемые составы сравнивались с эталонным образцом MnSi, который определяется как лево^киральный магнитно-и кристаллографически (им., = 0.138 и us\ = 0.846). Подставляя значения щи и us\ в выражения (4), можно получить и сравнить соответствующие им стр/ктуры. Эти структуры построены на Рис. 2 так, что плоскость рисунка совпадает с плоскостью (111) кубической ячейки. Хорошо видно, что атомы металла, не лежащие на оси (111), вращаются в правую сторону (по часовой стрелке) в случае Feo.75Coo.25Si, а атомы кремния - наоборот, в левую (против часовой стрелки), однако в целом структура оказывается "кирально-нейтральной". В случае Fe0.g2Co0.08Si атомы металла вращаются в левую сторону, а кремния - в правую. По аналогии

с эталонным кристаллом МпБ1, мы называем первую структуру (х = 0.25) кристаллографически левой, а вторую - кристаллографически правой.

Магнитную структуру кубических магнетиков без центра инверсии со структурой В20 принято описывать на основе феноменологической модели Бака-Йенсена [15]. Согласно этой модели, спиновая спираль становится устойчивой в результате существования иерархии взаимодействий. Самое сильное из них - симметричное изотропное обменное взаимодействие гейзенберговского типа ■ 8;),

которое стремится упорядочить спины ферромагнитно. Помимо обменного, существует дополнительное изотропное антисимметричное взаимодействие Дзялошинского-Мория, которое стремится разупорядочить спины, повернув их перпендикулярно относительно друг друга х Э^]. Так как

взаимодействие ДМ значительно слабее обменного взаимодействия, оно способно лишь развернуть спины на малый угол. Минимизация свободной энергии, содержащей эти взаимодействия, достигается, если в системе образуется спиновая спираль с волновым вектором к = ББ/А, где О -константа взаимодействия ДМ, А - жесткость спиновых волн, а 5 - средний спин системы.

Методом рассеяния поляризованных нейтронов было показано, что спиновые спирали в кубических магнетиках Ре^Со^ могут быть реализованы как в правой, так и в левой конфигурациях киральной симметрии для различных концентраций кобальта. Для данной серии образцов было установлено, что спираль оказывается левовращающейся для х =0.1, 0.15 (т.е. для кристаллографически правых образцов) и правовращающейся для х =0.2, 0.25, 0.30, 0.50 (т.е. для кристаллографически левых образцов). При этом не было обнаружено зависимости средней киральности от температуры или магнитного поля для индивидуального образца.

Fe,KCo0MSi #Si ®Fe,Co Fe0,sCo,MSi

Рис. 2. Вид кристаллографической структуры Fei-^CoxSi вдоль оси (111) для х = 0.08 (слева), а также для х = 0.25 (справа)

Таким образом, во-первых, показано, что кристаллографическая и магнитная киральности Fei-^Co^Si одновременно меняются с концентрацией, а значит, структурная киральность определяет киральность спиновой спирали. Во-вторых, сравнение с MnSi демонстрирует, что еще один фактор, сложная электронная структура, способен поменять киральность спирали, очевидно, вместе со знаком взаимодействия Дзялошинского-Мория.

В третьей главе приводятся результаты исследования

изменений магнитной структуры MnSi в магнитном поле методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов

при низких температурах. Приводятся основные положения теории, описывающей

особенности спиновой структуры Рис. 3. Фазовая диаграмма (магнитное нецентросимметричных поле-температура) для MnSi кубических магнетиков с

взаимодействием Дзялошинского-Мориа [14,15]. Представлен способ расчета направления волнового вектора спирали к для произвольных величины и направления магнитного поля Н.

Обсуждается (Н-Т) фазовая диаграмма (магнитное поле-температура), представленная на Рис.3. Показано, что магнитное поле Я > #ci ~ 80 мТ, приложенное вдоль одной из осей (111), перестраивает многодоменную магнитную структуру (плоскую спираль) в однодоменный образец конической спирали с волновым вектором к, направленным вдоль поля. Мозаичность магнитной структуры заметно меняется с величиной поля и имеет максимум при Hei- Интегральная интенсивность Брегговских пиков демонстрирует минимум при Hin ~ 160 мТ, приписываемый неустойчивости спиральной структуры. В случае, когда поле Н направлено не параллельно волновому вектору к || [111], то волновой вектор поворачивается к направлению попя в диапазоне полей Н < Hin. Дополнительно наблюдается появление второй гармоники спиральной структуры, наведенной компонентой магнитного поля,

перпендикулярной волновому вектору спирали при Н < Н{П. При дальнейшем росте поля коническая спираль переходит в коллинеарную спиновую систему (ферромагнетик) при Н = Нс2- Приводится описание температурной эволюции спиральной структуры.

(Н-Т) фазовая диаграмма позволяет оценить основные энергетические взаимодействия магнитной системы [14]. Так, критическое поле Нс2 связано с жесткостью спиновых волн соотношением др. в На. — Ак2. В то же время волновой вектор спирали определяется отношением к = S\D\/A. Используя экспериментально полученные величины k,Hc2,S, получаем константы основных взаимодействий для моносилицида марганца MnSi: А — 50 мэВ A2, S\D\ = 4 мэВ А. Такая оценка, проведенная для родственных соединений типа М rii_y Fe^Si, Fei_xCo.jSi и FeGe, показала, что константа взаимодействия ДМ не меняется от состава к составу и равна Ицв/а = 1.15 ± 0.10 мэВ. Очевидно, что она определяется кристаллографической структурой

(группой Р2]3) и параметром ячейки а ~ 0.45 нм.

р четвертой главе диссертации представлены результаты исследования влияния магнитного поля на спиральные спиновые флуктуации и структуру МпБ1 вблизи Тс — 29 К, в области А-фазы. Излагаются причины того интереса, который возник к этой области (Н-Т) фазовой диаграммы. На Рисунке 4 представлены карты интенсивности рассеяния нейтронов для

Рис, 4. Карты интенсивности малоуглового рассеяния

нейтронов для Т = Тс — 0.2 ж 28.5 К при (а) Н = 0, (б) 80 мТ, (в) 150 мТ и (г) 220 мТ

Т = Тс — 0.2 яа 28.5 К и различных значений магнитного поля. Кристалл MnSi был ориентирован так, что ось падающего пучка нейтронов ко || [112]. Показано,что относительно слабое магнитное поле Я > 20 мТ, приложенное вдоль одной из осей (111), трансформирует многодоменную магнитную структуру (спиновую спираль) с волновыми векторами, направленными вдоль всех четырех осей (111) (Рис.4 а), в однодоменный образец спинового конуса с волновым вектором, направленным вдоль поля (Рис.4 б). Дальнейшее увеличение поля приводит к 90°-переориентации направления спиновой спирали от оси [111] к оси [110] в диапазоне полей от 130 до 180 мТ (Рис.4 в). Дальнейший рост поля сначала восстанавливает первоначальную ориентацию спирали (Рис.4 г), а затем приводит к переходу в ферромагнитную фазу, наведенную магнитным полем при Нсг = 350 мТ. Этот эффект (А - фаза) наблюдается только в непосредственной близости к Тс (Рис.3).

Зависимость

104J

интенсивности отражении

от величины магнитного поля представлена на Рис.5. Основной особенностью

зависимости является провал в интенсивности при Q вдоль оси [111] в диапазоне полей Hri < Н < Hrг. Вместо этого появляются Брэгговские пики вдоль оси [110], и их интенсивность остается постоянной в этом диапазоне полей (Рис. 5). Описываемое явление поворота волнового

вектора к объясняется необычной формой зависимости энергии спиральной структуры от магнитного поля [14]:

200 300 Н(тТ)

Рис. 5г- Зависимость интенсивности Брэгговского отражения от магнитного поля для Q || (111) || Н и Q || (110) 1 Н при Т = ТС- 0.2 = 28.5 К

Емад = -9I*bS

щ ю

аД2

(5)

2НС2 4НС2 (2Д2 - (№вЯ±)2)

Здесь S - общий спин системы на элементарную ячейку, Нп и Н± -

компоненты поля, параллельная и перпендикулярная волновому вектору спирали к, соответственно, а - константа, Д - щель в спектре спиновых волн, То = А/а2 - температура порядка критической Тс. Первый член выражения (5) с #ц является классической зеемановской энергией взаимодействия спинов с магнитным полем. Второй и третий члены имеют квантовую природу и описывают взаимодействие поля, перпендикулярного вектору к, со спиралью как единым целым. Появление третьего члена подразумевает наличие небольшой щели в спектре спиновых волн Д, которая стабилизирует существование спиральной структуры в слабых магнитных полях как в Мл-так и других родственных ему соединениях. Минимизируя 8ырэжение(5), можно найти, что при дцвН < Д вектор к должен быть направлен параллельно полю Н. При поле дцвН — Д магнитная энергия имеет минимумы как при к || Н, так и при к 1 Н. В интервале полей Д2 < (д^вН)2 < 2Д2 минимум энергии найден при к ± Н. Однако для полей (дцвН)2 > 2Д2 третий член в выражении (5) оказывается нефизичным [14], что приводит к резкому переходу в состояние конической фазы, т.е. энергия опять минимизируется при к || Н.

Другими словами, ориентация волнового вектора к || Н энергетически выгодна при дрвН < Д и при \/2Д < дцвН, а при Д < д^вН < \/2Д выгодна ориентация к ± Н. Этот сценарий поворота волнового вектора в узком диапазоне магнитных полей и разыгрывается в случае Мп-Б'|. Предложенная интерпретация является по сути единственным, хотя и косвенным, подтверждением существования щели в спектре спиновых волн, обусловленной наличием взаимодействия ДМ.

В пятой главе показано, что метод малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов является перспективным для исследования критических спиновых корреляций выше Тс в спиральных- магнетиках. Результаты исследования критического малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов в моносилициде марганца Мп31 представлены на Рис.б. Карты интенсивности рассеяния нейтронов измерены при поляризации падающего пучка Ро параллельно оси [112], вдоль ведущего магнитного поля (слева) и против ведущего магнитного поля (справа) при Т = Тс — 0.1 К (а), Т = Тс + 0.2 К (б) и Т = Тс + 1.2 К (в). Показано, что

рассеяние поляризованных нейтронов значительно выше Тс представляет собой диффузное пятно с ярко выраженной асимметрией, связанной с направлением поляризации падающих нейтронов (Рис. б в). По мере приближения к Тс интенсивность рассеяния формируется в виде полукольца, ориентированного вдоль направления нейтронной поляризации (Рис. б б). Интенсивности рассеяния с поляризацией, направленной по и против направления магнитного поля, складываются в анизотропное кольцо со слабовыраженными максимумами, которые ниже Тс трансформируются в Брэгговские пики от спиральной структуры (Рис. б а).

Экспериментальная картина рассеяния находится в качественном согласии с теорией, основанной на модели Бакз-Иенсена (6), в которой взаимодействие ДМ обуславливает появление кольца диффузного рассеяния, а анизотропный обмен приводит к тому, что длина критических корреляций спирали расходится только вдоль осей (111). Как теоретически, так и экспериментально установлено

наличие двух температурных кроссоверов в критическом поведении магнитной системы. На основании полученных данных была создана теория критического рассеяния нейтронов в слабых ферромагнетиках с взаимодействием Дзялошинского-Мориа и, в частности, вычислена функция магнитной восприимчивости рассеяния поляризованных нейтронов:

Т

fa?* ,.ч,, 1/; >Л „.i -Ji—1 PI Ш1 И.-;-«' •• чяь&иОН

ШШЩ V Ш 1 piilil I ft. г . у

mmmsm IllsSil шШшШШя рщшш BlilfiS яШШШШмШШ

Рис. б. Карты интенсивности малоуглового рассеяния

поляризованных нейтронов

в пространстве импульсов и сечение

к2 + к2 + Q2 + 2t4/cQPO

— = irF(Q)]2__

dSl 1 lV/l A[{Q + kf + «2] (Q - к)2 + к2 + k2U(q* + Й + qt ~ 1/3)

где г = 5.410 х 10~13 см, F(Q) - магнитный форм-фактор единичной ячейки, Ро - поляризация падающих нейтронов, к = S\D\/A - волновой вектор геликоидальной магнитной структуры, к - обратная корреляционная длина. На основании этого выражения получен вид корреляционных функций в реальном пространстве, а также дается физическая интерпретация полученных выражений.

Используя выражение (б), провели обработку экспериментальных результатов. На Рисунке 7 показаны интенсивность нейтронного рассеяния и обратная корреляционная

длина в зависимости от приведенной температуры

г = (Т - Тс)/Тс для Q || [111]. Закон масштабирования

восприимчивости х 11 обратной корреляционной длины к демонстрирует кроссоверное поведение при к и к (Рис. 7). Величина критического показателя корреляционной длины и меняется от v\ = 0.40(6) вблизи Гс до V2 = 0.68(1) при высоких температурах. Отмечается

также, что флуктуации

v,=0.40(6)

0.01 т=(Т-7у/Гс

Рис. 7. Амплитуда и ширина пика нейтронного рассеяния в зависимости от приведенной температуры т = (Т — Тс)/Тс для II [111]

достигают стопроцентной киральности вблизи от точки кроссовера, т.е. при к < к (вставка в Рис.7). Наблюдаемый кроссовер обусловлен доминирующим влиянием взаимодействия Дзялошинского-Мория вблизи Тс, где формируются крупномасштабные корреляции, по сравнению с пренебрежимым влиянием взаимодействия ДМ при высоких температурах,

когда корреляционная длина флуктуации оказывается много меньше периода спирали.

В шестой главе исследована магнитная спиральная структура У/Оу многослойной системы в диапазоне температур от 30 до 190 К. Образец представляет собой многослойную структуру [Оу^.зпш/Уг.вптЫо. выращенную как монокристалл с осью [001] гексагональной решетки, перпендикулярной плоскости слоев. Проведенные эксперименты демонстрируют появление магнитного пика ниже Тдг = 165.4 К от спиральной спиновой структуры, причем длина когерентности спирали оказывается много больше толщины Оу слоя. Использование поляризованного пучка нейтронов позволило разделить поляризационно-независящий и поляризационно-зависящий вклады в магнитное рассеяние. Поляризационно-независящая часть магнитного нейтронного сечения пропорциональна квадрату намагниченности (5)2. Установлено, что для Эу/У системы критический индекс намагниченности ¡3 — 0.39(1) и он совпадает с индексом, получаемым для объемных образцов Оу. В тоже время ненулевая поляризационно-зависящая часть пропорциональна средней киральности системы (С) = ([¿>1 х 5г]), и критический индекс для средней киральности равен /3с = 1.02(1). Разница 0С - 20 = 0.24(2) показывает, что киральность является компонентой параметра порядка, независимой от намагниченности. Данный эксперимент подтверждает результаты, полученные для критической киральности в Но [8]. Следует отметить, что гипотеза о случайном статистическом распределении числа левых пь и правых пц спиральных доменов в системе, приводящая к ненулевому киральному вкладу в рассеяние так, что Дп = П£ — пц ~ \Jtil + пй, не подтверждается экспериментально. Установлено, что при многократной температурной закалке величина 7 не меняется и всегда равна -0.10 ±0.01. Следовательно, ненулевая киральность магнитной многослойной У/йу системы является характерной особенностью таких структур, а киральное вырождение в таких системах оказывается снятым.

Также продемонстрировано влияние магнитного поля на заселенность левых/правых спиралей в У/Ру многослойной системе. Магнитное поле, приложенное в плоскости образца по мере охлаждения и при переходе

через критическую температуру, приводит к ненулевой киральности, или неравновесной заселенности правых и левых спиралей. Для удобства сопоставления двух вкладов в рассеяние, используя выражения (2, 3), мы ввели 7-отношение рассеяния, характеризующее среднюю киральность магнитной системы как

Аа(С1) 2(С)(<ЭРо)(Ф)(ги-пл) (С)(С!РоЖ - пя)

7 " Str(Q) для Q = к || с. 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,1

S2(l + (Qc)2)

S2

(7)

О" / о

о" / ■о

0 200 400 600 800 1000

Н(тТ)

Рис. 8. Зависимость параметра киральности Y/Dy многослойной системы 7 от магнитного поля

На рисунке 8 представлена зависимость параметра киральности

системы 7 от магнитного поля при Т = 150 К. Наведенная полем киральность растет с ростом поля, но не зависит от направления приложенного поля. Высказано предположение, что киральная симметрия магнитной

системы нарушается из-за наличия взаимодействия

Дзялошинского-Мория на

границах раздела слоев Эу и У.

В седьмой главе исследованы критические двух- и трехчастичные спиновые корреляции в ферромагнетике ЕиБ. .Основной задачей работы являлось изучение критической динамики магнитной подсистемы ЕиБ, известного как слабый ферромагнетик с большой величиной спина (5 = 5/2). Известно, что большая величина спина приводит к изменению характера динамики магнитной системы от обменного к дипольному. Применялся метод малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов и использовалась специальная "наклонная" геометрия магнитного поля. Поляризационно-незаеисимая £ст(С2) и поляризационно зависимая Дст(С2) составляющие критического магнитного рассеяния изучались в некотором температурном

диапазоне вблизи точки Кюри Тс = 16.52 К. Составляющая обусловлена парной спин-корреляционной функцией. Соответствующая ей интенсивность рассеяния хорошо описывается формулой Орнштейна-Цернике: £сг((2) == А(С22 + к2)'1, где к = Л^1 - обратная длина корреляции критических флуктуаций. Длина корреляции Ее подчиняется закону масштабирования Не = ао{т)~", где т = (Т - Тс)/Тс - приведённая температура. Другую составляющую рассеяния определяют трёхспиновые киральные динамические флуктуации. Им соответствует асимметричная часть зависящего от поляризации вклада в рассеяние Д<т(<2). Было установлено, что для образца ЕиБ аппроксимация экспериментальных данных дала следующие параметры скейлинга для парной корреляционной функции: Оо = 0.17 нм и V = 0.68 ± 0.01. Асимметричная часть рассеяния Да(<5) зависит от С} как (1/<32) и линейно увеличивается с Н. Величина Асг(С}) была усреднена в нескольких диапазонах при (Э > (Яс)-1- Усреднённая величина (Да(<2)} зависит от температуры как (г)-" и и — 0.64 ± 0.05. Критические индексы ир и (определенные из температурной зависимости длины корреляции Яс парной функции и из измерений трехчастичной корреляционной функции) оказались в хорошем согласии друг с другом, демонстрируя самосогласованность теории и эксперимента. Полученные экспериментальные данные подтверждают принципы критической факторизации, известные как операторная алгебра Полякова-Каданова-Вильсона, несмотря на дипольный характер критической динамики.

В восьмой главе представлены результаты исследования спин-волновой динамики классического инварного сплава Ре Исследования

проводились методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов при наклонной геометрии магнитного поля в широком температурном диапазоне (Т < Тс). Метод основан на анализе лево-правой асимметрии в магнитном рассеянии поляризованных нейтронов, возникающем в случае, когда направление намагниченности в образце наклонено по отношению к волновому вектору падающего пучка. В этом случае рассеяние на магнонах сконцентрировано в основном вблизи критического угла 0с, который зависит от магнитного поля как $£(#) = 6% — дцНва/Е, где = Й2/(21>тп) и

D - жесткость спиновых волн. В окрестности критического угла рассеяние

Параметры спиновой волны, такие как жесткость спиновой волны D и затухание Г, были получены сравнением антисимметричного вклада в рассеяние с модельной функцией. Температурная

зависимость жесткости спиновых волн D представлена на Рис.9. Экспериментальные точки хорошо описываются выражением D — Do\t\x, где т = 1 - Т/Тс, х = 0.47 ±0.01 и D0 = 137 ± 2 мэВ А2 для всего диапазона температур |т| > 0.1. Затухание спиновых волн описывается выражением Г? = Го?2. Значение Го слабо зависит от температуры и оказывается порядка 5 мэВ при Т = 300 К.

Основные результаты и выводы работы кратко сформулированы в заключении.

Основные положения, выносимые на защиту;

• Определены абсолютные позиции атомов в элементарной ячейке для исследуемого образца, найдена корреляция между структурной и магнитной киральностью, как в моносилициде марганца MnSi, так и в системе Fei-zCo^Si. Показано, что магнитная киральность в моносилициде марганца совпадает по знаку с кристаллографической киральностью, а магнитная киральность в системе Fei-jCojSi имеет противоположный кристаллографической киральности знак.

• Построена фазовая диаграмма для моносилицида марганца MnSi, на основе которой сделаны оценки констант ферромагнитного изотропного взаимодействия, взаимодействия Дзялошинского-Мория,

размыто спин-волновым затуханием Г(д).

100 200 300 400 500 Т(К)

Рис. 9. Зависимость жесткости спиновых волн D от температуры Т

и анизотропного взаимодействия. Экспериментально подтверждены основные положения теоретической модели [14] для описания магнитных свойств кубических геликоидальных магнетиков с пространственной группой Р2)3.

Установлен факт поворота волнового вектора спирали в моносилициде марганца МпБ'! из положения к || Н в положение к _1_ Н в некотором диапазоне полей ниже температуры фазового перехода, который объясняется наличием малой щели в спектре спиновых волн, и сделана оценка величины щели, равная 11 мэВ.

Методом, рассеяния поляризованных нейтронов экспериментально изучены и на основе модели иерархии взаимодействий теоретически описаны закономерности поведения системы МпБ: в критической области температур. Показана роль взаимодействия ДМ и слабого анизотропного обмена в критической области вблизи фазового перехода парамагнетик-гелимагнетик.

Методом рассеяния поляризованных нейтронов обнаружено спонтанное нарушение киральной симметрии в спиральной структуре многослойной У/йу-системы и установлены критические индексы для средней киральности. Обнаружено явление изменения величины средней киральности системы с магнитным полем, приложенным в плоскости У- и Оу-слоев.

Методом рассеяния поляризованных нейтронов в наклонной геометрии поля выделены вклады критических двух- и трехспиновых корреляций в диэлектрическом ферромагнетике ЕиБ. Критические индексы ур и щ, определенные из температурной зависимости длины корреляции Яс парной функции и из измерений трехчастичной корреляционной функции, оказались в хорошем согласии друг с другом, демонстрируя самосогласованность теории и эксперимента. Экспериментальные данные подтверждают принципы критической факторизации, известные как операторная алгебра Полякова-Каданова-Вильсона.

Методом рассеяния поляризованных нейтронов в наклонной геометрии

поля измерена константа жесткости спиновых волн классического инварного сплава Fe^Nis^ в диапазоне малых переданных импульсов. Показано, что температурная зависимость жесткости спиновых волн хорошо описывается выражением D = Dq\t\x, где х = 0.47 ± 0.01 и Dq = 137 мэВ А2 для всего диапазона температур |т| > 0.1. Показано, что динамика спиновой системы хорошо описывается в приближении среднего поля.

Публикации: Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. S. V. Grigoriev, S. V. Maleyev, Е. V. Moskvin, V. A. Dyadkin, P. Fouquet and H. Eckerlebe, Crossover behavior of critical helix fluctuations in MnSi. Phys.Rev.B81 (2010) 144413.

2. S. V. Grigoriev, D. Chernyshov, V. A. Dyadkin, V. Dmitriev, S. V. Maleyev, E. V. Moskvin, D. Lamago, Th. Wolf, D. Menzel, J. Schoenes, and H. Eckerlebe, Interplay between crystalline chirality and magnetic structure in Mn^yFeySi. Phys.Rev.В 81 (2010) 012408.

3. S. V. Grigoriev, D. Chernyshov, V.A. Dyadkin, V. Dmitriev, S.V. Maleyev, E.V. Moskvin, D. Menzel, J. Schoenes, and H. Eckerlebe, Crystal handedness and spin helix chirality in Fe^CoxSi. Phys. Rev. Lett. 102 (2009) 037204.

4. S. V. Grigoriev, V.A. Dyadkin, E.V. Moskvin, D. Lamago, Th. Wolf, H. Eckerlebe, and S.V. Maleyev, Helical spin structure of Mni-yFeySi under a magnetic field: Small angle neutron diffraction study. Phys.Rev. В 79 (2009) 144417.

5. S.V. Grigoriev, Yu.O. Chetverikov, D. Lott, A. Schreyer, Field induced chirality in the helix structure of Dy/Y multilayer films and experimental evidence for Dzialoshinskii-Moriya interaction on the interfaces. Phys. Rev. Lett 100 (2008) 197203.

6. C. Pappas, E. Lelievre-Berna, P. Bentley, E. Bourgeat-Lami, E. Moskvin, M. Thomas, S. Grigoriev, V. Dyadkin, Polarimetric neutron spin echo: Feasibility and first results. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 592 (2008) 420-427.

7. S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, A.l. Okorokov, Yu.O. Chetverikov, H. Eckerlebe, Field-induced reorientation of helix in MnSi near Тс-Jour. Magn. Mag. Mat. 310 (2007) 1599-1601.

8. S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, A.l. Okorokov, Yu.O. Chetverikov, H. Eckerlebe, The magnetic structure of MnSi under applied field. ,7. Phys.: Condens. Matter 19 (2007) 145286.

9. S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, V.A. Dyadkin, D. Menzel, J. Schoenes, H. Eckerlebe, Principal interactions in the magnetic system Fe\-xCoxSi: Magnetic structure and critical temperature by neutron diffraction and SQUID measurements. Phys.Rev. В 76 (2007) 092407.

10. S.V. Grigoriev, V.A. Dyadkin, D. Menzel, J. Schoenes, Yu.O. Chetverikov, A.l. Okorokov, H. Eckerlebe, S.V. Maleyev, Magnetic structure of Fei^xCoxSi in a magnetic field studied via small angle polarized neutron diffraction. Phys.Rev. В 76 (2007) 224424.

11. А.И. Окороков, C.B. Григорьев, B.B. Рунов, Г.П. Гордеев, Ю.О. Четвериков, Г.П. Копица, Новые магнитные явления и поляризованные нейтроны. Поверхность: Рентгеновские, Синхротронные и Нейтронные, исследования 9 (2007) 49-62.

12. С.В. Григорьев, Ю.О. Четвериков, А.И. Окороков,Д.Ю. Чернышов, X. Эккерлебе, К. Пранзас, А. Шрейер, Исследование киральной структуры Y/Dy многослойной системы методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов. Письма в ЖЭТФ 83, No. 11 (2006) 568-572.

13. S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, A.l. Okorokov, Yu. O. Chetverikov, H. Eckerlebe, Field-induced reorientation of the spin helix in MnSi nearTc. Phys.Rev. В 73 (2006) 224440.

14. S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, A.l. Okorokov, Yu.O. Chetverikov, P. Boni, R. Georgii, D. Lamago, H. Eckerlebe and K. Pranzas, Magnetic structure of MnSi under applied field probed by polarized small-angle neutron scattering. Phys.Rev. В 74 (2006) 214414.

15. A.I. Okorokov, S.V. Grigoriev, Yu.O. Chetverikov, S.V. Maleyev, R. Georgii, P. Boni, D. Lamago, H. Eckerlebe and K. Pranzas, The effect of the magnetic field on the spiral spin structure in MnSi studied by polarized SANS. Physica B: Condensed Matter 356, Issues 1-4,(2005) 259-263.

16. S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, A.I. Okorokov, Yu.O. Chetverikov, R. Georgii, P. Boni, D. Lamago, H. Eckerlebe and K. Pranzas, Critical fluctuations in MnSi near Tc: A polarized neutron scattering study, Phys.Rev. B 73 (2005) 134420.

17. S.V. Grigoriev, S.V. Metelev, S.V. Maleyev, A.I. Okorokov, R. Georgii, P. Boni, D. Lamago, H. Eckerlebe and K. Pranzas, Critical two- and three-spin correlations in EuS: An investigation with polarized neutrons. Phys.Rev. B 72 (2005) 214423.

18. S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, A.I. Okorokov, H. Eckerlebe, N.H. van Di-jk, Critical scattering of polarized neutrons in the invar Fe^Nizs alloy. Phys.Rev. B 69 (2004) 134417.

19. S.V. Metelev, S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, A.I. Okorokov, H. Eckerlebe, N.H. van Dijk and E. Bruck, Study of the spin dynamics in invars by small angle polarised neutron scattering. Physica B: Condensed Matter 350, Issues 1-3, Supplement 1 (2004) E319-E322.

20. A.I. Okorokov, S.V. Grigoriev, Yu.O. Chetverikov, R. Georgii, P. Boni, H. Eckerlebe, K. Pranzas and B. Roessli, The spin chirality in MnSi single crystal probed by small angle scattering with polarized neutrons. Physica B: Condensed Matter 350, Issues 1-3, Supplement 1 (2004) E323-E326.

21. R. Georgii, P. Boni, D. Lamago, S. Stober, S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, A.I. Okorokov, H. Eckerlebe, P.K. Pranzas, B. Roessli and W.E. Fischer, Critical small-angle scattering of polarised neutrons in MnSi. Physica B: Condensed Matter 350, Issues 1-3 (2004) 45-47.

22. S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, A.I. Okorokov, H. Eckerlebe, Observation of the spin-lattice coupling in the critical region of Fees-Af^. EuroPhys.Lett 63 (2003) 56-62.

23. S.V. Grigoriev, N.H. van Dijk, S.V. Maleyev, A.I. Okorokov, H. Eckerlebe, E. Bruck, Polarized SANS: critical scattering in Invars. Physica В 335 (2003) 30.

24. S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, V.V. Deriglazov, A.I. Okorokov, N.H. van Dijk, E. Bruck, J.C.P. Klaasse, H. Eckerlebe, G. Kozik, Spin-wave dynamics in Invar Fe^Nis^ alloy studied by small-angle polarized neutron scattering. Applied-Physics-A-Materials-Science-Processing A 74 (2002) 719.

25. S.V. Grigoriev, S.V. Maleyev, A.I. Okorokov, H. Eckerlebe, G. Kozik, Critical magnetic scattering in invar Fe^sNizb alloy. Applied-Physics-A-Materials-Science-Processing A 74 (2002) 655.

26. S.V. Grigoriev, S.A. Klimko, W.H. Kraan, S.V. Maleyev, M.Th. Rekveldt, V.V. Runov, A.I. Okorokov, Magnetic phase transition in disordered Fe-Ni alloys studied by means of small-angle neutron scattering and three-dimensional analysis of the neutron depolarization. Phys.Rev.B 64 (2001) 094426.

Список цитируемой литературы:

[1] Viedma С. Chiral Symmetry Breaking During Crystallization: Complete Chiral Purity Induced by Nonlinear Autocatalysis and Recycling // Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 065504.

[2] Малеев С. В. Рассеяние поляризованных нейтронов в магнетиках // Успехи физических наук 172 (2002) 617-646.

[3] Maleev S.V. Critical dynamics of. ferromagnetic materials // Soc.Sci.Rev. A.Phys. 8 (1987) 323-445.

[4] Окороков А.И., Гукасов А.Г., Слюсзрь B.H. и др. Исследование критической факторизации тройных динамических спиновых корреляций с помощью рассеяния поляризованных нейтронов в Fe выше Тс // Письма в ЖЭТФ 37 (1983) 269-272.

[5] Паташинский А.З., Покровский В.Л. Флуктуационная теория фазовых переходов // Наука, Москва (1975) 1-256.

[6] Окороков А.И., Рунов В.В., Топерверг Б.П. и др. Исследование спиновых волн в аморфных магнетиках с помощью рассеяния поляризованных нейтронов // Письма в ЖЭТФ 43 (1986) 390-392.

[7] Kawamura H. CRenormalization-group analysis of chiral transitions // Phys. Rev. В 38 (1988) 4916-4928.

[8] Plakhty V. P., Schweika W., Briickef Th. et al. Chiral criticality in helimagnet Ho studied by polarized neutron scattering // Phys. Rev. В 64 (2001) 100402.

[9] Plakhty V. P., Kulda J., and Visser D. et al. Chiral Critical Exponents of the Triangular-Lattice Antiferromagnet CsMnBr3 as Determined by Polarized Neutron Scattering // Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 3942-3945.

[10] Zheludev A., Maslov S., Tsukada I. et al. Experimental Evidence for Kaplan-Shekhtman-Entin-Wohlman-Aharony Interactions in Ba2CuGe207 // Phys. Rev. Lett. 81 (1998) 5410-5413.

[11] Zheludev A., Maslov S., Shirane G. et al. Magnetic anisotropy and low-energy spin waves in the Dzyaloshinskii-Moriya spiral magnet ВагСиСегО? // Phys. Rev. В 59 (1999) 11432-11444.

[12] Siratory K., Akimitsu J., Kita E., Nishi M. A Method of Controlling the Sense of the Screw Spin Structure // J.Phys.Soc.Jpn. 48 (1980) 1111-1114.

[13] Weiss R.J. The origin of the 'Invar' effect // Proc. R. Soc. Lond. 82 (1963) 281-288.

[14] Maleyev S.V. Cubic magnets with Dzyaloshinskii-Moriya interaction at low temperature // Phys. Rev. В 73 (2006) 174402.

[15] Bâk P., Jensen M.H. Theory of helical magnetic structures aлd phase transitions in MnSi and FeGe // Journal of Physics C: Solid State Physics 13 (1980) L881-886.

Благодарности.

Автор работы выражает глубокую благодарность своему учителю, проф. C.B. Малееву, за многочисленные и плодотворные дискуссии. Автор признателен коллективу Отдела исследований конденсированных сред ПИЯФ РАН и лично проф. А.И. Окорокову за постоянную помощь и поддержку. Отдельные благодарности автор выражает своим коллегам Ю.О. Четверикову, к.ф.-м.н. Е.В. Москвину, к.ф.-м.н. В.А. Дядькину за помощь в проведении экспериментов по малоугловому рассеянию поляризованных нейтронов, а к.ф.-м.н. Д.Ю. Чернышову - за помощь в проведении экспериментов по монокристаллической дифракции синхротронного излучения. Автор благодарен проф. А. Шрайеру, X. Эккерлебе и Д. Лотту за любезно предоставленный доступ к оборудованию исследовательского центра ГКСС г. Гестхахта (Германия), а Д. Мензелю - за помощь в синтезе образцов моносилицидов переходных металлов.

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН

188300, Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща Зак. 316, тир. 100, уч.-изд. л. 2; 10.09.2010 г.

Введение

1 Рассеяние поляризованных нейтронов как метод исследования спиновой киральности

1.1 Рассеяние поляризованных нейтронов (РПН).

1.1.1 РПН на макроскопическом уровне.

1.1.2 РПН на микроскопическом уровне.

1.1.3 Экспериментальные методы РПН

1.2 Динамическая спиновая киральность ферромагнетиков

1.2.1 Неупругое киральное рассеяние нейтронов.

1.2.2 Динамическая киральность в парамагнитной фазе

1.2.3 Динамическая киральность в ферромагнитной фазе

1.3 Спиновая киральность неколлинеарных магнетиков.

1.3.1 Киральность в треугольных антиферромагнетиках

1.3.2 Киральность в обменной спирали Но, Бу.

1.3.3 Киральность релятивистской спирали.

1.4 Физические свойства моносилицида марганца.

1.4.1 Структура МпЭ1.

1.4.2 Магнитные свойства МпБ1.

1.4.3 Магнитный фазовый переход в МпБ1 под давлением

1.4.4 А-фаза в МпБ1.

1.4.5 Структурная и магнитная кнральность в МпБ

Структурная и магнитная кнральность моносилицидов переходных металлов

2.1 Структура моносилицидов переходных металлов.

2.2 Экспериментальные методы определения киральности

2.2.1 Определение структурной киральности методом дифракции синхротронного излучения.

2.2.2 Определение спиновой киральности методом рассеяния поляризованных нейтронов.

2.3 Структурная и магнитная кнральность Рех-яСо^.

2.4 Структурная и магнитная кнральность Мщ-уРе^

2.5 Перспективы изучения киральности в моносилицидах переходных металлов

Спиновая структура Мп81 в магнитном поле при низких температурах

3.1 Постановка задачи.

3.2 Теоретическое описание магнитной системы МпБ1.

3.2.1 Классическая энергия релятивистской спирали

3.2.2 Спиральная структура в нулевом магнитном поле

3.2.3 Влияние магнитного поля на ориентацию вектора к

3.3 Постановка эксперимента малоуглового рассеяния нейтронов

3.4 Эволюция магнитной системы МпЭ! в магнитном поле

3.4.1 Магнитная мозаичность и интенсивность отражения

3.4.2 Поворот волнового вектора к в поле.

3.4.3 Вторая гармоника, наведенная перпендикулярной компонентой поля

3.5 Температурная эволюция магнитной системы MnSi.

3.6 Выводы и перспективы

4 Спиновая структура MnSi вблизи Тс в магнитном поле

4.1 Постановка задачи и описание эксперимента.

4.2 Результаты МУРН эксперимента в MnSi вблизи Тс в поле

4.3 Анализ полученных результатов.

4.3.1 Температурная эволюция МУРН в MnSi в нулевом поле

4.3.2 Эволюция МУРН в MnSi в магнитном поле ниже Тс

4.3.3 Эволюция МУРН в MnSi в магнитном поле выше Тс

4.4 Н-Т фазовая диаграмма MnSi вблизи Тс.

4.5 Выводы и перспективы.

5 Критические флуктуации спиновой спирали в моносилициде марганца MnSi

5.1 Критические флуктуации в MnSi: теоретический аспект

5.1.1 Критические флуктуации в MnSi в (^-пространстве

5.1.2 Критические флуктуации в MnSi в г-пространстве

5.2 Критическое малоугловое рассеяние нейтронов: постановка эксперимента.

5.3 Критическое малоугловое рассеяние нейтронов: результаты

5.4 Эксперимент по нейтронной спин-эхо спектроскопии критического рассеяния в MnSi.

5.4.1 Постановка нейтронного спин-эхо эксперимента

5.4.2 Результаты спин-эхо эксперимента: q - зависимость

5.4.3 Результаты спин-эхо эксперимента: Т - зависимость . 188 5.5 Выводы.

6 Спиновая киральность Y/Dy многослойной системы

6.1 Статическая киральность вырожденных систем.

6.2 Рассеянние поляризованных нейтронов в Y/Dy многослойной системе: постановка эксперимента.

6.2.1 Образец.

6.2.2 Постановка эксперимента.

6.3 Результаты эксперимента.

6.3.1 Киральность Y/Dy системы в нулевом поле.

6.3.2 Влияние магнитного поля на киральность Y/Dy системы.

6.4 Перспективы.

6.5 Выводы.

7 Критическое рассеяние в ферромагнетике EuS: исследование методом поляризованных нейтронов

7.1 Динамическая киральность в ферромагнетиках выше Тс ■

7.1.1 Постановка задачи.

7.1.2 Теория рассеяния в критической области.

7.2 Постановка эксперимента.

7.3 Результаты эксперимента.

7.3.1 Результаты: парная корреляционная функция

7.3.2 Результаты: трехспиновая корреляционная функция

7.4 Перспективы.

7.5 Выводы.

8 Спин-волновая динамика инварного сплава Ееб5^!з

8.1 Спиновые волны в ферромагнетиках.

8.2 Метод и теоретическое обоснование.

8.2.1 Роль геометрического фактора (ет)2.

8.2.2 Роль ¿-функции

8.2.3 Окончательное выражение для сечения нейтронов на спиновых волнах.

8.2.4 Методика измерения.

8.3 Эксперимент по малоугловому рассеянию поляризованных нейтронов на спиновых волнах.

8.4 Результаты эксперимента в наклонной геометрии

8.4.1 Влияние магнитного поля на асимметричный вклад

8.4.2 Температурная эволюция жесткости спиновых волн

8.5 Перспективы.

8.6 Выводы.

Открытие, что все биологически значимые молекулы существуют только как один из двух возможных зеркальных изомеров (энантиомеров), является потрясающим примером полного нарушения киральной симметрии и уже несколько десятилетий интригует ученых неразрешенностью загадки. Гораздо реже, такое нарушение происходит при росте кристаллов. Обусловленное естественными механизмами, оно случается, когда физический или химический процесс, сам по себе не. приводящий к преимуществу того или другого энантиомера, все же спонтанно производит большой избыток одного из двух энантиомеров: правого или левого. Трудно найти среди фундаментальных сил, такие которые были бы способны повлиять на киральность кристалла во время роста. Среди них можно назвать силу Кориолиса, обусловленную вращением Земли, или слабое взаимодействие. Однако, эти силы, действующие на кристалл во время роста, оказываются слишком маленькими по сравнению с температурой кристаллизации, и поэтому считается, что два энантиомера возникают с равной вероятностью, и неорганические процессы всегда производят смесь двух энантиомеров. Часто также предполагается, что если избыток одного из энантиомеров появляется в эксперименте, то это должно быть связано с методом роста кристалла с использованием зародыша, который и приводит к нарушению киральной симметрии. Тем не менее, даже в неорганических процессах 1 полное 100% нарушение киральной симметрии может быть достигнуто при кристаллизации некоторых солей (например, хлорат натрия ^СЮз), имеющих симметрию группы Р2хЗ [1]. При этом было показано, что нарушение киральной симметрии не связано с гипотезой о "зародыше", а определяется нелинейным автокаталитическим процессом. Таким образом, можно считать установленным, что для получения совершенно чистых киральных кристаллов необходим механизм, существенно усиливающий изначально слабый, случайный или закономерный, дисбаланс между двумя энантиомерами.

Спиновая киральность присуща материалам, в которых цепочки спинов образуют спираль, или винт. Обычно такие материалы рассматривались как вырожденные, не имеющие явного предпочтения ни для лево-, ни для право- закрученных систем. Примером такой вырожденной системы может служить спиновая спираль в редкоземельных элементах: Но, Бу и др. Исключение представляет собой спиновая структура силицида марганца Мп81, в которой методом рассеяния поляризованных нейтронов была обнаружена лево-закрученная спиновая спираль, образующаяся ниже критической температуры Тс = 29 К. Оказалось, что образование спирали и единое, фиксированное направление вращения спинов, снятие вырождения по киральности, обусловлено взаимодействием Дзялошинского-Мория, которое возникает в нецентросимметричных кристаллах типа Р2хЗ. Связь кристаллографической структуры со спиновой киральностью была экспериментально установлена, но практически не изучена, что породило также миф о монокиральности моносилицида марганца МпЭь 1

Важная роль, которую может играть метод рассеяния поляризованных нейтронов при исследовании спиновой моральности, была осознана сравнительно недавно и обобщена в работе C.B. Малеева [2]. Дело в том, что поляризация нейтронов Р - это ¿-нечетный аксиальный вектор, поскольку он не меняет знака при инверсии пространства, но меняет знак при инверсии времени. Сечение рассеяния нейтронов - это скаляр и не зависит от выбора системы координат, а значит, оно не может измениться при инверсии пространства и времени. Поэтому, если сечение рассеяния нейтронов зависит от их поляризации, то рассеивающая система должна характеризоваться каким-либо ¿-нечетным аксиальным вектором. Примерами такого вектора являются намагниченность в ферромагнетиках, или спиновый винт (спираль) в неколлинеарных структурах.

Иными словами, взаимодействие поляризованных нейтронов с объектом, характеризующимся аксиальным вектором спиновой спирали, приводит к появлению в сечении рассеяния нейтронов поляризационно-зависящего вклада, антисимметричного относительно вектора рассеяния. Это позволяет легко выделять соответствующий вклад и изучать физические явления и процессы, происходящие в таких киральиых объектах. Пионерские работы в этой области были выполнены в начале 80-х годов прошлого века при исследовании критической динамики ферромагнетиков. В этих работах методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов было показано, что спиновые корреляции третьего и более высоких порядков оказываются очень заметными в критической области температур вблизи Тс. Нечетные корреляционные функции, хотя и не дают вклада в статическую

часть магнитной восприимчивости, тем не менее, дают вклад в динамическую восприимчивость. Самая низшая из нечетных, трехспиновая корреляционная функция, была введена C.B. Малеевым в [3] и впервые обнаружена А.И. Окороковым и соавторами [4] в экспериментах по рассеянию поляризованных нейтронов в железе с использованием специальной наклонной геометрии внешнего магнитного поля (Н наклонено на некоторый угол по отношению к волновому вектору нейтрона ко). Было показано что трехчастичная корреляционная функция является динамическим объектом киральной природы, а для ее наблюдения может быть использован киральный канал в рассеянии поляризованных нейтронов. В этих исследованиях было экспериментально подтверждено правило слияния критических флуктуаций, которое эквивалентно алгебре Полякова-Каданова-Вильсона [5].

Несколькими годами позднее метод наклонной геометрии магнитного поля при рассеянии поляризованных нейтронов был использован как способ измерения жесткости спиновых волн (поперечных спиновых возбуждений) в ферромагнетиках ниже Тс. В этом случае опять использовался киральный канал рассеяния нейтронов и измерялась лево/право сторонняя асимметрия рассеяния. Метод был успешно применен для исследования спиновых волн в аморфных магнетиках [6].

Дальнейший прогресс в исследованиях спиновой киральности связан с работами X. Кавамура [7], который показал, что магнитные фазовые переходы в спиральных магнетиках и треугольных (неколлинеарных) антиферромагнетиках принадлежат к новому классу универсальности с характерными критическими индексами, значительно отличающимися от значений, приписываемых антиферромагнетикам. Причем, наибольшее отклонение, согласно расчетам X. Кавамуры, должно наблюдаться для критического индекса теплоемкости а. Более того, два новых критических индекса (Зс и 7С были введены в работе для того, чтобы охарактеризовать среднюю киральность системы (С) ниже температуры перехода, а также киральную восприимчивость Хс выше температуры перехода. Для экспериментальной проверки этой гипотезы В.П. Плахтий с сотрудниками, используя дифракцию поляризованных нейтронов, провели серию экспериментов по измерению средней киральности (С) и киральной восприимчивости Хс-, как для простой спирали в образцах Но [8], так и для треугольных антиферромагнеников СэМпВгз и Сз№С1з [9]. В результате этих исследований были определены критические киральные индексы (Зс и 7с в спиновых структурах, и была экспериментально подтверждена гипотеза киральной универсальности фазовых переходов второго рода.

Интересное развитие идея спиновой киральности получила в отношении спин-стекольного состояния магнетиков. Долгое время считалось, что фаза спинового стекла реализуется для трехмерного пространства (ЗБ) в модели Изинга [10], а не для (ХУ) - пространства или в модели Гейзенберга [11]. Таким образом, спин-стекольное состояние, наблюдаемое в экспериментах, реализуется благодаря анизотропии. Однако оставалось загадочным отсутствие в экспериментах какого бы то ни было температурного кроссовера от одной модели к другой в случае слабой анизотропии. X. Кавамура предложил киральный механизм, чтобы решить эту проблему [12, 13]. Кавамура теоретически показал, что в трехмерной (ХУ) модели и в модели Гейзенберга киральная стекольная фаза реализуется при конечных температурах, а фаза спинового стекла отсутствует вовсе. В реальных магнетиках со слабой анизотропией должна наблюдаться смесь состояний кирального и спинового стекол. Эти теоретические предсказания не были подтверждены экспериментально. В то же время разработаные методы детектирования спиновой киральности, с использованием рассеяния поляризованных нейтронов [14], позволяют обнаружить фазу кирального стекла и снять одно из главных противоречий в теории спиновых стекол.

Важно отметить, что в редкоземельных элементах Но и Бу спиновая спираль вырождена и необходимы внешние силы для того чтобы снять вырождение. В случае экспериментов с Но к образцу прикладывалось напряжение кручения, которое и приводило к преимущественному заселению одного типа спирали с перевесом в 2 % [8].

В случае с' ферромагнитными нецентросимметричными кристаллами, такими как Мп81, роль силы, снимающей вырождение, играет взаимодействие Дзялошинского-Мория (ДМ), обусловленное нецентросимметричностью кристалла. Подобные явления возникновения однозакрученной спирали наблюдаются и в антиферромагнитных нецентросимметричных кристаллах, где ДМ взаимодействие конкурирует с коллинеарным антиферромагнитным взаимодействием [15,16]. Еще более интересным классом магнетиков с ДМ взаимодействием является класс диэлектриков-мультиферроиков, в которых отсутствие центра симметрии в кристаллах приводит к спонтанной, или наведенной электрическим полем поляризации. В результате появляется взаимодействие ДМ, сопровождающееся образованием однонаправленной спиновой спирали.

Направление вращения спирали зависит от знака взаимодействия ДМ, которое, в свою очередь, управляется степенью электрической поляризации, определяемой знаком и силой электрического поля, приложенного к образцу. Такой сценарий развития событий в мультиферроиках подтверждается экспериментами с поляризованными нейтронами, первый из которых был проведен еще в 80-е годы 20-го века [17].

Таким образом, актуальность исследования обусловлена тем фактом, что концепция спиновой киральности в настоящий момент является важным элементом в понимании сложных неколлинеарных спиновых структур, а метод рассеяния поляризованных нейтронов оказывается идеальным и чуть ли не единственным способом обнаружения и исследования спиновой киральности. Кроме высокой чувствительности поляризованных нейтронов в экспериментах с киральными спиновыми объектами, следует также отметить традиционные преимущества нейтронного рассеяния для исследования конденсированных сред, такие как: (1) высокая проникающая способность нейтронного излучения и возможность проводить эксперименты в условиях низких температур и высоких давлений; (2) получение информации обо всем объеме исследуемого вещества, а не только с поверхности образца, физические свойства которой зависят от качества поверхности и низкоразмерных явлений; (3) возможность проводить измерения свойств магнитных систем как в большом, так и в малом, практически нулевом, поле, то есть не возмущая магнитную систему исследуемого объекта.

В качестве объекта исследования в данной диссертации представлены четыре системы. Во-первых, кубические нецентросимметричные магнетики, силициды переходных металлов, характеризующиеся наличием релятивистской спиновой спирали, обусловленной взаимодействием Дзялошинского-Мория. Физические свойства таких соединений определяются тонкой "игрой" различных взаимодействий: сосуществование сильного изотропного обменного взаимодействия наряду со слабыми релятивистскими взаимодействиями, нарушающими спиновую симметрию, что приводит к появлению сложных магнитных структур и к новым явлениям различного типа. Хрупкое равновесие, обусловленное этими взаимодействиями, может быть легко нарушено внешними силами, такими как давление, магнитное поле и химическое замещение, что ещё больше усиливает интерес к этим объектам.

Во-вторых, многослойные УД)у системы, в которых обменное РККИ взаимодействие, как внутри Бу слоя, так и между слоями приводит к образованию спиновой спирали с когерентной длиной много большей периода многослойной системы. Металлические многослойные системы с чередование магнитных и немагнитных слоев оказались в центре внимания исследователей в связи с обнаруженным в них эффектом гигантского магнитносопротивления (ГМС). Ключом к пониманию этого эффекта служит тот факт, что ферромагнитные слои в "многослойке" попарно антиферромагнитно упорядочены. Как было показано, необычное антиферромагнитное упорядочение обусловлено осциллирующим РККИ взаимодействием между слоями. Дополнительные возможности спиральных магнетиков для ГМС эффекта недостаточно исследованы, однако уже сейчас понятно, что спиновая и зарядовая степени свободы в них связаны необычным образом. Изучение многослойных металлических систем со спиральным упорядочением представляет интерес, как с фундаментальной, так и прикладной точек зрения.

В-третьих, феррромагнетик ЕиБ с целью изучения трех-спиновой корреляционной функции в критической области температур методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов. Известно, что свойства магнитных систем в критической области температур не определяются только парной корреляционной функцией, а описываются многочастичными функциями, т.е. корреляционными функциями высокого порядка [5]. До сих пор многочисленные исследования на этот счет сводились к различного вида компьютерным расчетам и теоретическим рассмотрениям. Не существует ни одного метода, который позволил бы прямо измерять корреляционные функции высоких порядков, в то время как такие измерения необычайно интересны как теоретически, так и экспериментально. Исключение составляет одна из экспериментальных методик, использующая киральный канал рассеяния поляризованных нейтронов [4].

В-четвертых, железо - никелевые инварные сплавы для исследования спин-волновой динамики в этой сложной системе. Нулевое значение коэффициента линейного теплового расширения в широком температурном диапазоне от нуля до Тс показывает, что магнетизм и объемные характеристики инварных сплавов связаны. Благодяря этому свойству, инварные Ре№ сплавы широко используются в промышленности для приборов прецизионной механики, в космической технике. Однако природа инварного эффекта до сих пор до конца не понята. В настоящее время наиболее распространенным объяснением является гипотеза Вейса о двух 7-состояниях атома железа в ГЦК решетке (27-модель) [18]. На сегодняшний день, хотя многочисленные расчеты из первых принципов и поддерживают 27-модель, эксперименты с поляризованными нейтронами не подтверждают ее истинности и вопрос о природе инварного эффекта остается открытым.

Перечисленные выше объекты исследования демонстрируют спектр задач, решение которых может быть достигнуто с помощью рассеяния поляризованных нейтронов. Настоящая работа претендует на решение ряда вопросов в области исследований сложных магнитных структур с использованием новых методик рассеяния поляризованных нейтронов, а потому является своевременной и актуальной.

В связи с вышеизложенным, целью настоящей диссертационной работы является демонстрация экспериментальных возможностей метода рассеяния поляризованных нейтронов при исследовании нарушения киральной симметрии в магнетиках и изучение магнитных характеристик материалов с использованием кирального канала в рассеянии поляризованных нейтронов.

В соответствии с целью исследования были поставлены следующие основные задачи:

1. Интегральными магнитными методами и методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов ировести комплексное исследование закономерностей поведения магнитной системы кубического нецентросимметричного магнетика МпБ1 со взаимодействием Дзялошинского-Мория, как прототипа для других родственных систем Реве, Рех-жСо^ и Мп1уРеу31.

2. На основе полученных данных построить фазовую диаграмму (магнитное поле - температура) для моносилицида марганца Мпи, опираясь на нее, в рамкам теории [19] рассчитать основные взаимодействия, управляющие магнитными свойствами данной системы.

3. Исследовать состояние магнитной системы МпЭ! в области А-фазы и оценить характер влияния магнитного поля на направление спиновой спирали.

4. Исследовать закономерности критического поведения магнитной подсистемы МпЭ1 в области магнитного фазового перехода методом малоугловой дифракции поляризованных нейтронов.

5. Изучить особенности структурной и спиновой киральности систем Мп81, Мщ-уРе^ и Ре^Со^ь

6. Исследовать закономерности критического поведения спиновой спирали в многослойной У/Бу системе в области магнитного фазового перехода.

7. Изучить влияние магнитного поля на состояние многослойной У/Бу системы ниже точки фазового перехода парамагнетик -гелимагнетик, а также измерить величину средней киральности в зависимости от температуры и магнитного поля.

8. Исследовать парную и трехспиновую корреляционные функции в классическом магнетике ЕиЭ в критической области температур в магнитном поле.

9. Исследовать спин-волновую динамику в классическом инварном сплаве Ребб№з5 в широком диапазоне температур в магнитном поле.

Научная новизна результатов работы заключается в том, что использование метода рассеяния поляризованных нейтронов впервые всесторонне продемонстрировано для исследования проблемы киральности магнитных систем. Показано, что для решения задач физики твердого тела может быть использован киральный канал рассеяния нейтронов. Основные результаты экспериментальных исследований получены автором впервые и в ряде случаев привели к созданию новых теоретических положений для неколлинеарных магнетиков.

Установленные в результате выполнения работы физические закономерности вносят новый вклад в современные представления о магнитной системе кубических нецентросимметричных кристаллов с взаимодействием Дзялошинского-Мория. Предложена и аппробирована теория критического рассеяния для спиновых систем с иерархией взаимодействий. Получен явный вид магнитной восприимчивости и корреляционные функции для иерархических спиновых систем.

На примере многослойной Бу/У системы показана существенная роль, которую взаимодействие Дзялошинского-Мория играет при спиновом упорядочении в многослойных (магнитик-немагнетик) металлических системах.

Полученные экспериментальные результаты могут быть востребованы в научных лабораториях, занимающихся проблемами магнетизма и его связью с кристаллографической структурой.

Данные по изучению магнитных свойств геликоидальных магнетиков могут быть использованы при разработке новых типов магнитной памяти, датчиков нейтронной поляризации, а также для спинтронных устройств.

Результаты и положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. на серии Международных конференций 'по нейтронному рассеянию 1СМ82001 (Мюнхен, Германия), ЕС^2003 (Монпелье, Франция), ЕС-N82007 (Лунд, Швеция), 1СК82009 (Бостон, США);

2. на международных конференциях по магнетизму 1СМ2006 (Киото, Япония), 1СМ2009 (Карлсруэ, Германия), на международной конференции по фрустрированному магнетизму НРМ2006 (Осака, Япония), и на международном совещании по тонким магнитным пленкам 1СМР82009 (Берлин, Германия);

3. на серии совещаний по рассеянию поляризованных нейтронов в исследованиях конденсированных сред Р]МСМ12000 (Гатчина, Россия), Р1ЧСМ12002 (Юлих, Германия), РКГСМ12004 (Вашингтон, США), РИСМШОб (Берлин, Германия), Р^М12008 (Токай, Япония);

4. на серии национальных совещаний по Рассеянию Нейтронов в Исследованиях Конденсированных Сред РНИКС-1999 (Обнинск), РНИКС-2002 (Гатчина), РНИКС-2004 (Заречный), РНИКС-2008 (Гатчина).

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и списка цитированной литературы из 169 наименования, содержит 288 страниц машинописного текста, включая 68 рисунков и 1 таблицу.

Основные результаты и выводы

1. Определены абсолютные позиции атомов в элементарной ячейке и измерена спиновая киральность для исследуемых образцов моносилицидов переходных металлов. Найдена корреляция между структурной и магнитной киральностью, как в соединениях Mni-yFe^Si, так и в соединениях Fei-^Co^Si. Показано, что магнитая киральность в MniyFeySi совпадает по знаку с кристаллографической киральностью, а магнитная киральность в системе Fei;cCoxSi имеет противоположный кристаллографической киральности знак.

2. Построена фазовая диаграмма (магнитное поле - температура) для моносилицида марганца MnSi, на основе которой сделаны оценки констант ферромагнитного изотропного взаимодействия, взаимодействия Дзялошинского-Мория и анизотропного взаимодействия. Экспериментально подтверждены основные положения теоретической модели C.B. Малеева [19] для описания магнитных свойств кубических геликоидальных магнетиков с пространственной группой ¥2i?> в магнитном поле.

3. Установлен факт поворота волнового вектора спирали в моносилициде марганца MnSi из положения k [| H в положение к!Нв некотором диапазоне полей вблизи температуры фазового перехода Тс, который объясняется наличием малой щели в спектре спиновых волн, сделана оценка величины щели равная 11 /¿эВ.

4. Методом рассеяния поляризованных нейтронов и нейтронной спин-эхо спектроскопии экспериментально изучены и, на основе модели иерархии взаимодействий, теоретически описаны закономерности поведения системы Мп81 в критической области температур в нулевом поле. Показана роль взаимодействия Дзялошинского-Мория и слабого анизотропного обмена в критической области вблизи фазового перехода парамагнетик-гелимагнетик.

5. Методом рассеяния поляризованных нейтронов обнаружено спонтанное нарушение киральной симметрии в спиральной структуре многослойной У/Бу системы и установлены критические индексы для средней киральности. Продемонстрирована возможность контролируемого изменения величины средней киральности системы в магнитном поле, приложенном в плоскости У и Бу слоев в процессе температурной закалки.

6. Методом рассеяния поляризованных нейтронов в наклонной геометрии поля изучено критическое поведение диэлектрического ферромагнетика ЕиБ с большой величиной спина. Выделены вклады в сечение рассеяния нейтронов от критических двух- и трехспиновых корреляций. Критический индекс ир == 0.67 ± 0.02, определенный из температурной зависимости длины корреляции Яс парной корреляционной функции, и критический индекс щ — 0.64 ± 0.04, определенный из измерений трехчастичной корреляционной функции, оказались равны в пределах экспериментальных ошибок, демонстрируя самосогласованность теории и эксперимента. Экспериментальные данные подтверждают принципы критической факторизации, известные как операторная алгебра Полякова-Каданова-Вильсона.

7. Методом рассеяния поляризованных нейтронов в наклонной геометрии поля измерена константа жесткости спиновых волн классического инварного сплава Ее^Ыр^ в диапазоне малых переданных импульсов. Показано, что температурная зависимость жесткости хорошо описывается выражением: = Д)|т|х, где т = 1 - Т/Тс и х = 0.47 ± 0.01 и £>о = 137 меВ А2 для всего диапазона температур 0 <Т < Тс

Благодарности

Автор работы выражает глубокую благодарность своему учителю, проф. C.B. Малееву, за многочисленные и плодотворные дискуссии. Автор признателен коллективу Отдела исследований конденсированных сред ПИЯФ РАН и лично проф. А.И. Окорокову за постоянную помощь и поддержку. Отдельные благодарности автор выражает своим коллегам Ю.О. Четверикову, C.B. Метелеву, к.ф.-м.н. Е.В. Москвину, к.ф.-м.н. В.А. Дядькину за помощь в проведении экспериментов по малоугловому рассеянию поляризованных нейтронов, а к.ф.-м.н. Д.Ю. Чернышову - за помощь в проведении экспериментов по монокристаллической дифракции синхротронного излучения. Автор благодарен проф. А. Шрайеру, X. Эккерлебе, Д. Лотту и К. Пранзасу за любезно предоставленный доступ к оборудованию исследовательского центра ГКСС г. Гестхахта (Германия), Д. Мензелю (г. Брауншвейг, Германия) - за помощь в синтезе образцов моносилицидов переходных металлов, а П. Бони, Д. Ламаго и Р. Георги (г. Мюнхен, Германия) - за обсуждения и предоставление образца EuS для измерений. Отдельная благодарность К. Паппас (г. Берлин, Германия) и П. Фуке (г. Гренобль, Франция) за помощь в проведении спин-эхо экспериментов, а Вихеру Крану, Тео Реквельду и Нильсу ван Дику (г. Дельфт, Нидерланды) - за помощь в проведении измерений с применением трехмерного анализа поляризации нейтронов.

1. Viedma С. Chiral Symmetry Breaking During Crystallization: Complete Chiral Purity 1.duced by Nonlinear Autocatalysis and Recycling // Phys. Rev. Lett. 2005. —Feb. Vol. 94, no. 6. P. 065504.

2. Малеев С. В. Рассеяние поляризованных нейтронов в магнетиках // Успехи физических наук. 2002. Т. 172, № 6. С. 617-646.

3. Maleev S.V. Critical dynamics of ferromagnetic materials // Soc.Sci.Rev. A.Phys. 1987. Vol. 8. Pp. 323-445.

4. Окороков А.И., Гукасов А.Г., Слюсарь B.H. и др. Исследование критической факторизации тройных динамических спиновых корреляций с помощью рассеяния поляризованных нейтронов в Fe выше Тс // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 37, № 6. С. 269-272.

5. Паташинский А.З., Покровский B.J1. Флуктуационная теория фазовых переходов // Наука, Москва. 1975. С. 1-256.

6. Окороков А.И., Рунов В.В., Топерверг Б.П. и др. Исследование спиновых волн в аморфных магнетиках с помощью рассеяния поляризованных нейтронов // Письма в ЖЭТФ. 1986. Т. 43. С. 390392.

7. Kawamura Н. Renormalization-group analysis of chiral transitions // Phys. Rev. B. 1988.-Sep. Vol. 38, no. 7. Pp. 4916-4928.

8. Plakhty V. P., Schweika W., Briickel T. et al. Chiral criticality in helimag-net Ho studied by polarized neutron scattering // Phys. Rev. B. 2001.— Aug. Vol. 64, no. 10. P. 100402.

9. Plakhty V. P., Kulda J., Visser D. et al. Chiral Critical Exponents of the Triangular-Lattice Antiferromagnet CsMnBr3 as Determined by Polarized Neutron Scattering // Phys. Rev. Lett. 2000. —Oct. Vol. 85, no. 18. Pp. 3942-3945.

10. Bhatt R. N., Young A. P. Search for a transition in the three-dimensional J Ising spin-glass // Phys. Rev. Lett. 1985. —Mar. Vol. 54, no. 9. Pp. 924927.

11. Olive J. A., Young A. P., Sherrington D. Computer simulation of the three-dimensional short-range Heisenberg spin glass // Phys. Rev. B. 1986. — Nov. Vol. 34, no. 9. Pp. 6341-6346.

12. Kawamura H. Chiral ordering in Heisenberg spin glasses in two and three dimensions // Phys. Rev. Lett. 1992.-Jun. Vol. 68, no. 25. Pp. 37853788.

13. Kawamura H. Dynamical Simulation of Spin-Glass and Chiral-Glass Or-derings in Three-Dimensional Heisenberg Spin Glasses // Phys. Rev. Lett. 1998. Jun. Vol. 80, no. 24. Pp. 5421-5424.

14. Maleyev S. V. Frustrated magnets and polarized neutrons // Journal of Physics: Condensed Matter. 2004. Vol. 16. Pp. 899-903.

15. Zheludev A., Maslov S., Tsukada I. et al. Experimental Evidence for Kaplan-Shekhtman-Entin-Wohlman-Aharony Interactions in

16. Ba2CuGe207 // Phys. Rev. Lett. 1998.-Dec. Vol. 81, no. 24. Pp. 54105413.

17. Zheludev A., Maslov S., Shirane G. et al. Magnetic anisotropy and low-energy spin waves in the Dzyaloshinskii-Moriya spiral magnet Ba2CuGe207 // Phys. Rev. B. 1999.-May. Vol. 59, no. 17. Pp. 1143211444.

18. Siratory K., J.Akimitsu, E.Kita, M.Nishi. A Method of Controlling the Sense of the Screw Spin Structure // J.Phys.Soc.Jpn. 1980. Vol. 48. Pp. 1111-1114.

19. Weiss R. The origin of the 'Invar' effect. // Proc. R. Soc. Lond. 1963. Vol. 82. P. 281-288.

20. Maleyev S. V. Cubic magnets with Dzyaloshinskii-Moriya interaction at low temperature // Physical Review B. 2006. Vol. 73, no. 17. P. 174402.

21. Малеев С. В., Барьяхтар В. Г., Сурис Р. А. Магнитное рассеяние поляризованных нейтронов // Физика Твердого Тела. 1962. Т. 4. С. 3461-3472.

22. Малеев С. В. О рассеянии поляризованных нейтронов в магнетиках вблизи точки фазового перехода // Письма в ЖЭТФ. 1965. Т. 48. С. 1448-1452.

23. Maleyev S. V. Investigation of Spin Chirality by Polarized Neutrons // Physical Review Letters. 1995. Vol. 75, no. 25. Pp. 4682-4685.

24. Aristov D. N., Maleyev S. V. Spin chirality induced by the Dzyaloshinskii

25. Moriya interaction and polarized neutron scattering // Phys. Rev. B. 2000.-Jul. Vol. 62, no. 2. Pp. R751-R754.

26. Grigoriev S. V., Chernyshov D., Dyadkin V. A. et al. Crystal Handedness and Spin Helix Chirality in FeixCoa;Si // Physical Review Letters. 2009. Vol. 102, no. 3. P. 037204.

27. Grigoriev S. V., Chernyshov D., Dyadkin V. A. et al. Interplay between crystalline chirality and magnetic structure in Mni-^ Fe^Si // Phys. Rev. B. 2010.-Jan. Vol. 81, no. 1. P. 012408.

28. Okorokov A. I., Grigoriev S. V., Chetverikov Y. O. et al. The spin chirality in MnSi single crystal probed by small angle scattering with polarized neutrons // Physica B: Condensed Matter. 2004. Vol. 350, no. 1-3. Pp. E323-E326.

29. Grigoriev S. V., Maleyev S. V., Okorokov A. I. et al. The magnetic structure of MnSi under an applied field // Journal of Physics: Condensed Matter. 2007. Vol. 19, no. 14. P. 145286.

30. Okorokov A. I., Grigoriev S. V., Chetverikov Y. O. et al. The effect of the magnetic field on the spiral spin structure in MnSi studied by polarized SANS // Physica B: Condensed Matter. 2005. Vol. 356, no. 1-4. Pp. 259263.

31. Grigoriev S. V., Maleyev S. V., Okorokov A. I. et al. Magnetic structure of MnSi under an applied field probed by polarized small-angle neutron scattering // Physical Review B. 2006. Vol. 74, no. 21. P. 214414.

32. Grigoriev S. V., Dyadkin V. A., Moskvin E. V. et al. Helical spin structure of Mnj-y FeySi under a magnetic field: Small angle neutron diffraction study // Phys. Rev. B. 2009. —Apr. Vol. 79, no. 14. P. 144417.

33. Grigoriev S. V., Maleyev S. V., Okorokov A. I. et al. Field-induced reorientation of the spin helix in MnSi near Tc // Physical Review B. 2006. Vol. 73, no. 22. P. 224440.

34. Grigoriev S. V., Maleyev S. V., Okorokov A. I. et al. Field-induced reorientation of helix in MnSi near Tc // Jour.Magn.Mag.Mat. 2007. Vol. 310. Pp. 1599-1601.

35. Georgii R., Boni P., Lamago D. et al. Critical small-angle scattering of polarised neutrons in MnSi // Physica B: Condensed Matter. 2004. Vol. 350, no. 1-3. Pp. 45-47.

36. Grigoriev S. V., Maleyev S. V., Okorokov A. I. et al. Critical fluctuations in MnSi near Tc: A polarized neutron scattering study // Physical Review B. 2005. Vol. 72, no. 13. P. 134420.

37. Grigoriev S. V., Maleyev S. V., Moskvin E. V. et al. Crossover behavior of critical helix fluctuations in MnSi // Phys. Rev. B. 2010. —Apr. Vol. 81, no. 14. P. 144413.

38. Григорьев C.B., Четвериков Ю.О., Окороков А.И. и др. Исследование киральной структуры Y/Dy многослойной системы методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов // Письма в ЖЭТФ. 2006. Т. 83, № И. С. 568-572.

39. Grigoriev S. V., Metelev S. V., Maleyev S. V. et al. Critical two- and three-spin correlations in EuS: An investigation with polarized neutrons // Phys. Rev. B. 2005.-Dec. Vol. 72, no. 21. P. 214423.

40. Grigoriev S. V., van Dijk N. H., Maleyev S. V. et al. Polarized SANS: critical scattering in Invars // Physica B. 2003. —Apr. Vol. 335, no. 9. Pp. 30 33.

41. Grigoriev S. V., Maleyev S. V., Okorokov A. I., Eckerlebe H. Observation of the spin-lattice coupling in the critical region of Fe^sNias // Euro-Phys.Lett. 2003.-Apr. Vol. 63. Pp. 56-62.

42. Grigoriev S. V., Maleyev S. V., Okorokov A. I. et al. Critical scattering of polarized neutrons in the invar Fe65Ni35 alloy // Phys. Rev. B. 2004. — Apr. Vol. 69, no. 9. P. 134417.

43. Grigoriev S. V., Maleyev S. V., Deriglazov V. V. et al. Spin-wave dynamics in Invar Fe65Ni35 alloy studied by small-angle polarized neutron scattering // Applied Physics A: Materials Science & Processing. 2002. Vol. 74. Pp. 719-721.

44. Grigoriev S., Maleyev S., Okorokov A. et al. Critical magnetic scattering in invar Fe65Ni35 alloy // Applied Physics A: Materials Science & Processing. 2002. Vol. 74. Pp. 655-657.

45. Окороков А.И., Григорьев C.B., Рунов B.B. и др. Новые магнитные явления н поляризованные нейтроны // Поверхность: Рентгеновские, Синхротронные и Нейтронные исследования. 2007. Т. 9. С. 49-62.

46. Pappas С., Lelivre-Berna Е., Falus P. et al. Chiral Paramagnetic Skyrmion-like Phase in MnSi // Physical Review Letters. 2009. Vol. 102, no. 19. P. 197202.

47. Grigoriev S. V., Dyadkin V. A., Menzel D. et al. Magnetic structure of Fei-^CozSi in a magnetic field studied via small-angle polarized neutron diffraction // Physical Review B. 2007. Vol. 76. P. 224424.

48. Metelev S. V., Grigoriev S. V., Maleyev S. V. et al. Study of the spin dynamics in invars by small angle polarised neutron scattering // Physica B: Condensed Matter. 2004. Vol. 350, no. 1-3. Pp. E319-E322.

49. Blume M. Polarization Effects in the Magnetic Elastic Scattering of Slow Neutrons // Physical Review. 1963. Vol. 130, no. 5. Pp. 1670-1676.

50. Moon R. M., Riste T., Koehler W. C. Polarization Analysis of Thermal-Neutron Scattering // Phys. Rev. 1969. —May. Vol. 181, no. 2. Pp. 920931.

51. Окороков А.И., Рунов В.В., Волков В.И., Гукасов А.Г. Векторный анализ поляризации нейтронов // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1983. Т. 69. С. 590-.

52. Rekveldt M. Т., van Woesik J., Meijer J. Magnetic anisotropy in the critical region of iron found by neutron polarization-vector analysis // Phys. Rev. B. 1977.-Nov. Vol. 16, no. 9. Pp. 4063-4068.

53. Tasset F. Magnetic anisotropy in the critical region of iron found by neutron polarization-vector analysis // Physica B. 1989. Vol. 156-157. Pp. 627-632.

54. Rosman R., Rekveldt M. T. Neutron-depolarization theory in particulate media // Phys. Rev. B. 1991.-Apr. Vol. 43, no. 10. Pp. 8437-8449.

55. Pappas C., Lelivre-Berna E., Bentley P. M. et al. Polarimetric neutron spin echo: Feasibility and first results // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 2008. Vol. 592. Pp. 420-427.

56. Поляков A.M. Свойства далеких и близких корреляций в критической области. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1969. Т. 57, № 1. С. 271-283.

57. Plumer M. L., Kawamura H., Caillé A. Chirality selection by magneto-electric coupling in frustrated hexagonal antiferromagnets // Phys. Rev. B. 1991, — Jun. Vol. 43, no. 16. Pp. 13786-13789.

58. Plakhty V. P., Maleyev S., Wosnitza J. et al. Polarized neutron scattering study of the spin chirality // Physica B. 1999. Vol. 267-268. Pp. 259-262.

59. Fedorov V., Gukasov A., Kozlov V. et al. Chiral Critical Exponents as Determined by Polarized Neutron Scattering // Phys. Lett. A. 1997. Vol. 224. P. 372.

60. Shirane G., Cowley R., Majkrzak C. et al. Spiral magnetic correlation in cubic MnSi // Physical Review B. 1983. Vol. 28, no. 11. Pp. 6251-6255.

61. Roessli B., Boni P., Fischer W. E., Endoh Y. Chiral Fluctuations in MnSi above the Curie Temperature // Phys. Rev. Lett. 2002, —May. Vol. 88, no. 23. P. 237204.

62. Shekhtman L., Entin-Wohlman 0., Aharony A. Moriya's anisotropic superexchange interaction, frustration, and Dzyaloshinsky's weak ferromag-netism // Phys. Rev. Lett. 1992. — Aug. Vol. 69, no. 5. Pp. 836-839.

63. Shekhtman L., Aharony A., Entin-Wohlman O. Bond-dependent symmetric and antisymmetric superexchange interactions in La2Cu04 // Phys. Rev. B. 1993.-Jan. Vol. 47, no. 1. Pp. 174-182.

64. Entin-Wohlman O., Aharony A., Shekhtman L. Superexchange anisotropy in the cuprates // Phys. Rev. B. 1994.-Aug. Vol. 50, no. 5. Pp. 30683076.

65. Zhitomirsky M. E., Zaliznyak I. A. Static properties of a quasi-one-dimensional antiferromagnet in a magnetic field // Phys. Rev. B. 1996. — Feb. Vol. 53, no. 6. Pp. 3428-3435.

66. Boren В. Röntgenuntersuchung der Legierungen von Silicium mit Chrom, Mangan, Kobalt und Nickel // Arkiv för kemi, mineralogi och geologi. 1933. Vol. 11. Pp. 1-6.

67. Ishikawa Y., Tajima K., Bloch D., Roth M. Helical spin structure in manganese silicide MnSi // Solid State Communications. 1976. Vol. 19, no. 6. Pp. 525-528. .

68. Ishikawa Y., Shirane G., Tarvin J. A., Kohgi M. Magnetic excitations in the weak itinerant ferromagnet MnSi // Phys. Rev. B. 1977.— Dec. Vol. 16, no. 11. Pp. 4956-4970.

69. Дзялошинский И. E. Теория геликоидальных структур в антиферромагнетиках // Журнал Экспериментальной и Технической Физики. 1964. Т. 46. С. 1420.

70. Bäk Р., Jensen М. Н. Theory of helical magnetic structures and phase transitions in MnSi and FeGe // Journal of Physics C: Solid State Physics. 1980. Vol. 13, no. 31. Pp. L881-886.

71. Ishikawa Y., Arai M. Magnetic Phase Diagram of MnSi near Critical Temperature Studied by Neutron Small Angle Scattering // Journal of the Physical Society of Japan. 1984. Vol. 53, no. 8. Pp. 2726-2733.

72. Gregory C., Lambrick D., Bernhoeft N. Magnetisation study of the magnetic phase diagram in MnSi // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1992. Vol. 104-107, no. Part 1. Pp. 689-690.

73. Koyama K., Goto Т., Kanomata Т., Note R. Observation of an itinerantmetamagnetic transition in MnSi under high pressure // Physical Review B. 2000. Vol. 62, no. 2. Pp. 986-991.

74. Date M., Okuda K., Kadowaki K. Electron Spin Resonance in the Itinerant-Electron Helical Magnet MnSi // Journal of the Physical Society of Japan. 1977. Vol. 42, no. 5. Pp. 1555-1561.

75. Manyala N., Sidis Y., DiTusa J. F. et al. Magnetoresistance from quantum interference effects in ferromagnets // Nature. 2000. Vol. 404, no. 6778. Pp. 581-584.

76. Kusaka S., Yamamoto K., Komatsubara T., Ishikawa Y. Ultrasonic study of magnetic phase diagram of MnSi // Solid State Communications. .1976. Vol. 20, no. 9. Pp. 925-927.

77. Kawakami M., Hihara T. Nuclear Magnetic Resonance Study of MnSi // Journal of the Physical Society of Japan. 1968. Vol. 25, no. 6. Pp. 17331733.

78. Motoya K., Yasuoka H., Nakamura Y. et al. 55Mn and 29Si NMR in the Helically Ordered State of MnSi // Journal of the Physical Society of Japan. 1978. Vol. 44, no. 3. Pp. 833-841.

79. Yasuoka H., Jaccarino V., Sherwood R. C., Wernick J. H. NMR and Susceptibility Studies of MnSi above Tc /f Journal of the Physical Society of Japan. 1978. Vol. 44, no. 3. Pp. 842-849.

80. Plumer M. L. Wavevector and spin-flop transitions in cubic FeGe // Journal of Physics: Condensed Matter. 1990. Vol. 2, no. 36. Pp. 7503-7510.

81. Plumer M. L., Walker M. B. Wavevector and spin reorientation in MnSi // Journal of Physics C: Solid State Physics. 1981. Vol. 14, no. 31. Pp. 46894699.

82. Walker M. B. Phason instabilities and successive wave-vector reorientation phase transitions in MnSi // Phys. Rev. B. 1989, — Nov. Vol. 40, no. 13. Pp. 9315-9317.

83. Pfleiderer C., McMullan G. J., Julian S. R., Lonzarich G. G. Magnetic quantum phase transition in MnSi under hydrostatic pressure // Phys. Rev. B. 1997. —Apr. Vol. 55, no. 13. Pp. 8330-8338.

84. Pfleiderer C., McMullan G. J., Julian S. R., Lonzarich G. G. Magnetic quantum phase transition in MnSi under hydrostatic pressure // Phys. Rev. B. 1997.-Apr. Vol. 55, no. 13. Pp. 8330-8338.

85. Pfleiderer C., McMullan G. J., Julian S. R., Lonzarich G. G. Magnetic quantum phase transition in MnSi under hydrostatic pressure // Phys. Rev. B. 1997.-Apr. Vol. 55, no. 13. Pp. 8330-8338.

86. Petrova A. E., Krasnorussky V., Sarrao J., Stishov S. M. Tricritical behavior in MnSi at nearly hydrostatic pressure // Physical Review B. 2006. Vol. 73, no. 5. P. 052409.

87. Petrova A. E., Bauer E. D., Krasnorussky V., Stishov S. M. Behavior of the electrical resistivity of MnSi at the ferromagnetic phase transition // Physical Review B. 2006. Vol. 74, no. 9. P. 092401.

88. Petrova A. E., Krasnorussky V., Lograsso T. A., Stishov S. M. High prèssure study of the magnetic phase transition in MnSi // Physical Review B. 2009. Vol. 79, no. 10. P. 100401(R).

89. Stishov S. M., Petrova A. E., Khasanov S. et al. Magnetic phase transition in the itinerant helimagnet MnSi: Thermodynamic and transport properties // Physical Review B. 2007. Vol. 76, no. 5. P. 052405.

90. Petrova A. E., Stishov S. M. Ultrasonic studies of the magnetic phase transition in MnSi // J.Phys.:Condens.Matter. 2009. Vol. 21. P. 196001.

91. Kadowaki K., Okuda K., Date M. Magnetization and Magnetoresistance of MnSi. I // Journal of the Physical Society of Japan. 1982. Vol. 51, no. 8. Pp. 2433-2438.

92. Lebech B., Bernhard J., Freltoft T. Magnetic structures of cubic FeGe studied by small-angle neutron scattering // Journal of Physics: Condensed Matter. 1989. Vol. 1, no. 35. Pp. 6105-6122.

93. Muhlbauer S., Binz B., Jonietz F. et al. Skyrmion Lattice in a Chiral Magnet // Science. 2009. Vol. 323. Pp. 915-919.

94. Rossler U. K., Bogdanov A. N., Pfleiderer C. Spontaneous skyrmion ground states in magnetic metals // Nature. 2006. Vol. 442. Pp. 797-801.

95. Pfleiderer C., Adams T., Bauer A. et al. Skyrmion lattices in metallic and semiconducting B20 transition metal compounds // J.Phys.:Condens.Matter. 2010. Vol. 22. P. 164207.

96. Belitz D., Kirkpatrick T. R., Rosch A. Theory of helimagnons in itinerant quantum systems // Physical Review B. 2006. Vol. 73, no. 5. P. 054431.

97. Tanaka Y., Takeuchi T., Lovesey S. W. et al. Right Handed or Left Handed? Forbidden X-Ray Diffraction Reveals Chirality // Physical Review Letters. 2008. Vol. 100, no. 14. P. 145502.

98. Tanaka M., Takayoshi H., Ishida M., Endoh Y. Crystal Chirality and He-licity of the Helical Spin Density Wave in MnSi. I. Convergent-Beam Electron Diffraction // Journal of the Physical Society of Japan. 1985. Vol. 54, no. 8. Pp. 2970-2974.

99. Ishida M., Endoh Y., Mitsuda S. et al. Crystal Chirality and Helicity of the Helical Spin Density Wave in MnSi. II. Polarized Neutron Diffraction // Journal of the Physical Society of Japan. 1985. Vol. 54, no. 8. Pp. 29752982.

100. Dmitrienko V. Quasicrystals and their Approximants: Dodecahedral Local Ordering Versus Canonical-Cell Description // Acta Crystallographica Section A. 1994. Vol. 50. Pp. 515-526.

101. Hopkinson J. M., Kee H.-Y. Geometric frustration inherent to the trillium lattice, a sublattice of the B20 structure // Phys. Rev. B. 2006.— Dec. Vol. 74, no. 22. P. 224441.

102. Flack H. D., Bernardinelli G. Absolute structure and absolute configuration // Acta Crystallographica Section A. 1999. Vol. 55, no. 5. Pp. 908915.

103. Flack H. D. On enantiomorph-polarity estimation // Acta Crystallographica Section A. 1983. Vol. 39, no. 6. Pp. 876-881.

104. Beille J., Voiron K., Roth M. Long Period Helimagnetism in the Cubic B20 Fe^Coi-^Si and Co^Mni^Si // Solid State Communications. 1983. Vol. 47, no. 5. Pp. 399-402.

105. Ishimoto K., Yamaguchi Y., Suzuki J. et al. Small-angle neutron diffraction from the helical magnet Feo.8Coo.2Si // Physica B. 1995. Vol. 213-214. Pp. 381-383.

106. Manyala N., Sidis Y., DiTusa J. F. et al. Large anomalous Hall effect in a silicon-based magnetic semiconductor // Nature Materials. 2004. Vol. 3, no. 4. Pp. 255-262.

107. Manyala N., DiTusa J. F., Aeppli G., Ramirez A. P. Doping a semiconductor to create an unconventional metal // Nature. 2008. Vol. 454, no. 7207. Pp. 976-980.

108. Nishihara Y., Waki S., Ogawa S. Mossbauer study of MnixFea;Si in external magnetic fields // Physical Review B. 1984. Vol. 30, no. 1. Pp. 32-35.

109. Yeo S., Nakatsuji S., Bianchi A. D. et al. First-Order Transition from a Kondo Insulator to a Ferromagnetic Metal in Single Crystalline FeSiia;Gex // Phys. Rev. Lett. 2003.-Jul. Vol. 91, no. 4. P. 046401.

110. Lebech B., Bernhard J., Freltoft T. Magnetic structures of cubic FeGe studied by small-angle neutron scattering // Journal of Physics: Condensed Matter. 1989. Vol. 1, no. 35. Pp. 6105-6122.

111. Ishimoto K., Yamaguchi Y., Mitsuda S. et al. Stability and winding of the long period helical spin structure in Fe^Co-rSi // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1986. Vol. 54-57, no. Part 2. Pp. 1003-1004.

112. Ishimoto К., Ohashi M., Yamauchi H., Yamaguchi Y. Itinerant Electron Ferromagnetism in Fei-ajCo^Si Studied by Polarized Neutron Diffraction // Journal of the Physical Society of Japan. 1992. Vol. 61, no. 7. Pp. 2503-2511.

113. Fak В., Sadykov R., Flouquet J., Lapertot G. Pressure dependence of the magnetic structure of the itinerant electron magnet MnSi // Journal of Physics: Condensed Matter. 2005. Vol. 17, no. 10. Pp. 1635-1644.

114. Semadeni F., Boni P., Endoh Y. et al. Direct observation of spin-flip excitation in MnSi // Physica B. 1998. Vol. 267-268. Pp. 248-251.

115. Kirkpatrick T. R., Belitz D. Nonanalytic corrections to Fermi-liquid behavior in helimagnets // Phys. Rev. B. 2005. —Nov. Vol. 72, no. 18. P. 180402.

116. Дядькин В.А. Структура и магнитные свойства кубических геликоидальных магнетиков FeixCoa;Si и Mni-yFe^Si // Дис. на соискание ученой степени канд.физ.-мат. наук. 2010. С. 1-145.

117. Manyala N., DiTusa J. F., Aeppli G., Ramirez A. P. Doping a semiconductor to create an unconventional metal // Nature. 2008. Vol. 454, no. 7207. Pp. 976-980.

118. Maleyev S. V. Magneto-elastic interaction in cubic helimagnets with B20 structure // Journal of Physics: Condensed Matter. 2009. Vol. 21. Pp. 146001 (1-8).

119. Moriya T. Anisotropic Superexchange Interaction and Weak Ferromagnetism // Phys. Rev. 1960. Vol. 120, no. 1. Pp. 91-98.

120. Riedel E., Wegner F. antiferromagnet // Z. Phys. 1969. Vol. 225. P. 195.

121. Mezei F. Role of Spin-Nonconserving Forces in the Critical Dynamics of Fe at the Curie Point // Phys. Rev. Lett. 1982. —Oct. Vol. 49, no. 15. Pp. 1096-1099.

122. Ishikawa Y., Noda Y., Uemura Y. J. et al. Paramagnetic spin fluctuations in the weak itinerant-electron ferromagnet MnSi // Phys. Rev. B. 1985. — May. Vol. 31, no. 9. Pp. 5884-5893.

123. Dietrich O. W., Als-Nielsen J., Passell L. Neutron scattering from the Heisenberg ferromagnets EuO and EuS. III. Spin dynamics of EuO // Phys. Rev. B. 1976.-Dec. Vol. 14, no. 11. Pp. 4923-4945.

124. Pfleiderer C., Reznik D., Pintschovius L. et al. Partial order in the non-Fermi-liquid phase of MnSi // Nature. 2004. Vol. 427. Pp. 227-231.

125. Mukamel D., Krinsky S. Physical realizations of n > 4-component vector models. I. Derivation of the Landau-Ginzburg-Wilson Hamiltonians // Phys. Rev. B. 1976.-Jun. Vol. 13, no. 11. Pp. 5065-5077.

126. Mukamel D., Krinsky S. Physical realizations of n > 4-component vector models. II. e-expansion analysis of the critical behavior // Phys. Rev. B. 1976.-Jun. Vol. 13, no. 11. Pp. 5078-5085.

127. Brits H., de V. Du Plessis P. Critical behaviour of the planar helical to or from paramagnetic phase transition in dysprosium and holmium // Journal of Physics F: Metal Physics. 1988. Vol. 18, no. 12. Pp. 26592668.

128. Baibich M. N., Broto J. M., Fert A. et al. Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices // Phys. Rev. Lett. 1988. —Nov. Vol. 61, no. 21. Pp. 2472-2475.

129. Griinberg P., Schreiber R., Pang Y. et al. Layered Magnetic Structures: Evidence for Antiferromagnetic Coupling of Fe Layers across Cr Interlay-ers // Phys. Rev. Lett. 1986.-Nov. Vol. 57, no. 19. Pp. 2442-2445.

130. Bruno P., Chappert C. Oscillatory coupling between ferromagnetic layers separated by a nonmagnetic metal spacer // Phys. Rev. Lett. 1991.— Sep. Vol. 67, no. 12. Pp. 1602-1605.

131. Leiner V., Westerholt K., Blixt A. M. et al. Magnetic Superlattices with Variable Interlayer Exchange Coupling: A New Approach for the Investigation of Low-Dimensional Magnetism // Phys. Rev. Lett. 2003. —Jul. Vol. 91, no. 3. P. 037202.

132. Unguris J., Celotta R. J., Pierce D. T. Observation of two different oscillation periods in the exchange coupling of Fe/Cr/Fe(100) // Phys. Rev. Lett. 1991.-Jul. Vol. 67, no. 1. Pp. 140-143.

133. Slonczewski J. C. Fluctuation mechanism for biquadratic exchange coupling in magnetic multilayers // Phys. Rev. Lett. 1991.—Nov. Vol. 67, no. 22. Pp. 3172-3175.

134. Moser A., Berger A., Margulies D. T., Fullerton E. E. Magnetic Tuning of Biquadratic Exchange Coupling in Magnetic Thin Films // Phys. Rev. Lett. 2003.-Aug. Vol. 91, no. 9. P. 097203.

135. Marrows C. H., Hickey B. J. Bilinear and biquadratic interlayer exchange coupling in sputtered Co/Cu multilayers damaged with residual gas impurities // Phys. Rev. B. 1999.-Jan. Vol. 59, no. 1. Pp. 463-467.

136. Kohlhepp J., Valkier M., van der Graaf A., den Broeder F. J. A. Mimicking of a strong biquadratic interlayer exchange coupling in Fe/Si multilayers // Phys. Rev. B. 1997.-Jan. Vol. 55, no. 2. Pp. R696-R699.

137. Suenaga K., Higashihara S., Ohashi M. et al. Pressure-Induced Enhancement of Giant Magnetoresistance due to Crossover of Interlayer Exchange Coupling in Fe/Cr Multilayers // Phys. Rev. Lett. 2007. —May. Vol. 98, no. 20. P. 207202.

138. Bogdanov A. N., Rofiler U. K. Chiral Symmetry Breaking in Magnetic Thin Films and Multilayers // Phys. Rev. Lett. 2001. —Jun. Vol. 87, no. 3. P. 037203.

139. Salamon M. B., Sinha S., Rhyne J. J. et al. Long-range incommensurate magnetic order in a Dy-Y multilayer // Phys. Rev. Lett. 1986.— Jan. Vol. 56, no. 3. Pp. 259-262.

140. Erwin R. W., Rhyne J. J., Salamon M. B. et al. Magnetic structure of Dy-Y superlattices // Phys. Rev. В. 1987. —May. Vol. 35, no. 13. Pp. 68086825.

141. Ferriani P., von Bergmann К., Vedmedenko E. Y. et al. Atomic-Scale Spin Spiral with a Unique Rotational Sense: Mn Monolayer on W(001) // Physical Review Letters. 2008. Vol. 101, no. 2. P. 027201.

142. Bode M., Heide M., von Bergmann К. et al. Chiral magnetic order at surfaces driven by inversion asymmetry // Nature. 2007. Vol. 447, no. 7141. Pp. 190-193.

143. Bode M., Heinze S., Kubetzka A. et al. Structural, electronic, and magnetic properties of a Mn monolayer on W(110) // Physical Review B. 2002. Vol. 66, no. 1. P. 014425.

144. Frey E., Schwabl F., Thoma S. Shape functions of dipolar ferromagnets at and above the Curie point // Phys. Rev. B. 1989. — Oct. Vol. 40, no. 10. Pp. 7199-7213.

145. Frey, E. and Schwabl, F. Critical dynamics of magnets // Advances in Physics. 1994. —October. Vol. 43, no. 5. Pp. 577-683.

146. Böni P., Roessli В., Görlitz D., Kötzler J. Damping of spin waves and singularity of the longitudinal modes in the dipolar critical regime of the Heisenberg ferromagnet EuS // Phys. Rev. B. 2002. — Apr. Vol. 65, no. 14. P. 144434.

147. Okorokov A., Gukasov A., Otchik Y., Runov V. Experimental observation of the asymmetry of polarized neutron critical scattering from Fe above Tc // Physics Letters A. 1978. T. 65, № 6. C. 60-62.

148. Гукасов А.Г., Окороков А.И., Фужара Ф., Шерп О. О возможности исследования динамики трехспиновых корреляций в ферромагнетиках выше Тс методом псевдослучайной модуляции поляризации нейтронов // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 37, № 9. С. 432-435.

149. Kadanoff L. P. Operator Algebra and the Determination of Critical Indices // Phys. Rev. Lett. 1969.-Dec. Vol. 23, no. 25. Pp. 1430-1433.

150. Wilson K. G. Renormalization Group and Strong Interactions // Phys. Rev. D. 1971.-Apr. Vol. 3, no. 8. Pp. 1818-1846.

151. Лазута A.B., Малеев С.В., Топерверг Б.П. Критическое рассеяние поляризованных нейтронов в ферромагнетиках выше Т с в магнитном // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1978. Т. 675, № 2. С. 5764-779.

152. Als-Nielsen J., Dietrich О. W., Passell L. Neutron scattering from the Heisenberg ferromagnets EuO and EuS. II. Static critical properties // Phys. Rev. B. 1976. —Dec. Vol. 14, no. 11. Pp. 4908-4922.

153. Ishikawa Y., Onodera S., Tajima K. Magnetic excitations in Invar (Fe65Ni35, Fe3Pt) Alloys. 11 J.Magn.Magn.Mat. 1979. Vol. 10, no. 2-3. Pp. 183-190.

154. Onodera S., Ishikawa Y., Tajima K. Spin Dynamics in Invar (Fe6sNi35, Fe3Pt) and Non Invar (Fe5oNi5o) Alloys. // J.Phys.Soc.Jap. 1981. Vol. 50. Pp. 1513-1522.

155. Ishikawa Y. Neutron scattering studies of hidden magnetic excitations in invar alloys // Physica B+C. 2008. Vol. 136, no. 1-3. Pp. 451 454.

156. Lynn J., Rosov N., Fish G. Polarization analysis of the magnetic excitations in Invar and non-Invar amorphous alloys // J.Appl.Phys. 1993. Vol. 73, no. 10. Pp. 5369-5371.

157. Lynn J., Rosov N., Acet M., Bach H. Polarization analysis of the magnetic excitations in Fe65Ni35 Invar // J.Appl.Phys. 1994. Vol. 75, no. 10. Pp. 6069-6071.

158. Rosov N., Lynn J., Kastner J. et al. Temperature dependence of the magnetic excitations in ordered and disordered Fe72Pt28- // J.Appl.Phys. 1994. Vol. 75, no. 10. Pp. 6072-6074.

159. Rosov N., Lynn J., Kastner J. et al. Polarization analysis of the magnetic excitations Fe72Pt28 alloys. // J.Magn.Magn.Mat. 1995. Vol. 140-144. Pp. 235-236.

160. Cowlam N., Wildes A. A search for non-collinear ferromagnetism in INVAR. // J.Phys.:Condens.Matter. 2003. Vol. 15, no. 3. Pp. 521 530.

161. Dubrovinsky L., Dubrovinskaia N., Abrikosov I. A. et al. Pressure-Induced Invar Effect in Fe-Ni Alloys // Phys. Rev. Lett. 2001.-May. Vol. 86, no. 21. Pp. 4851-4854.