Введение к работе
Актуальность темы работы. К настоящему времени, с одной стороны, построена достаточно стройная теория магнитных явлений для широкого круга соединений — от систем с хорошо локализованными магнитными моментами до зонных магнетиков. Эта, ставшая классической, теория магнетизма изложена в известных монографиях и учебниках. С другой стороны, за последние десять— пятнадцать лет благодаря существенному прогрессу в технологии приготовления новых материалов был получен целый ряд магнитных соединений, поведение которых не укладывалось в рамки традицонных теорий, — это магнитные сверхпроводники, зонные антиферромагнетики, сверхрешетки магнетик — сверхпроводник. Именно появление новых искусственно синтезированных веществ, сочетающих уникальные физические свойства и открывающих совершенно неожиданные практические возможности, обусловило пересмотр привычных представлений в теории магнетизма и разработку усовершенствованных теоретических подходов. Недавнее открытие высокотемпературных сверхпроводников резко усилило интерес к магнитным механизмам сверхпроводимости.
Важной особенностью перечисленных новых типов магнитных соединений является неоднородность их магнитных структур как в случае зонного характера магнетизма, так и в системах с локализованными моментами. Для выяснения возможности магнитного механизма ВТСП представляется существенным подробный анализ магнитного поведения исходных диэлектрических соединений. Даже в случае тройных редкоземельных сверхпроводниковых соединений (гое>удгется рдздеЛйть мардлтную и сверхпроводящую1 подсистемы) в фазе сосуществования магнетизма и сверхпроводимости возникают неоднородные магнитные структуры нового типа, требующие для их адекватного теоретического описания существенного выхода за рамки устоявшихся концепций. Тем более сложна ситуация в ВТСП, где магнитные и сверхпроводящие свойства определяются, по-видимому, одной и той же электронной подсистемой.
Зонные антиферромагнетики и магнитные сверхпроводники благодаря своим уникальным свойствам и возможности их целенаправленного изменения могут существенно расширить область
использования сверхпроводимости и магнетизма в науке и технике. Появившаяся сравнительно недавно технология роста монокристаллических пленок в условиях сверхвысокого вакуума позволила создавать физические объекты, которые еще несколько лет назад относили к разряду невероятных. Получаемые послойным напылением уникальные системы со строго контролируемым чередованием свойств от слоя к слою исключительно перспективны для применений в устройствах твердотельной интегральной электроники и интегральной оптики. В последнее время наряду с хорошо известными полупроводниковыми «сэндвичами» типа GaAs, ZnSe появляется все большее число материалов с правильным чередованием магнитных и немагнитных слоев. Синтез стехиометри-ческих соединений, представляющих собой последовательность планарных сверхпроводящих и магнитных образований, с необходимостью ставит задачу построения соответствующего теоретического описания.
Учитывая данные обстоятельства, можно заключить, что разработка последовательной теории образования неоднородных магнитных структур в сверхпроводниках и зонных антиферромагнетиках, является важной задачей физики конденсированного состояния. С этой точки зрения тема диссертационной работы представляется весьма актуальной.
Основную цель данной диссертации можно сформулировать двояким образом. С одной стороны, это более глубокая разработка методических и физических основ теорий зонного антиферромагнетизма и магнитных сверхпроводников, рассмотрение «сценариев» возможных магнитных переходов в рамках микро- и макроскопического подходов. С другой стороны, это анализ значительного числа конкретных соединений и предсказание целого ряда новых физических эффектов и явлений.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:
построена полная симметрийная классификация кристаллических систем всех пространственных групп в плане индуцирования тороидного токового состояния спиновым антиферромагнетизмом, предложен механизм антиферромагнитного орбитального упорядочения в спиновых магнетиках за счет спин-орбитального взаимодействия, предсказано существование псевдособственного тороидного упорядочения в ряде конкретных соединений;
детально исследованы возможные типы асимметрии электронного спектра в приповерхностных ферро- и антиферромагнетиках, обусловленные орбитальным антиферромагнетизмом, дане объяснение особенностей закона дисперсии электронов в экспериментах по электронной эмиссии с угловым разрешением;
выполнен теоретико-групповой анализ возможных типог магнитного упорядочения в орторомбическом соединении La2CuCX
предсказано состояние с неколлинеарным антиферромагнетизмом, а также переход в магнитном ноле в слабоферромагннтную фазу, получивший однозначное экспериментальное подтверждение, применительно к соединению La2Cu04 развита теория антиферромаг-ннтного резонанса; установлена принципиальная .возможность не-коллинеарного упорядочения в низкотемпературной тетрагональ-нон фазе La2Co04;
построена последовательная термодинамическая теория возможных фаз сосуществования сверхпроводимости и слабого ферромагнетизма, для объемпоцентрированной тетрагональной фазы соединения ErRh4B4 найдены магнитные структуры, характеризуемые слабым ферромагнетизмом;
теоретически исследовано влияние спин-флоп перехода на вихревую фазу в антиферромагнитпых сверхпроводниках, предсказано явление модуляции периода вихревой решетки и эффект возникновения двухквантовых вихрей, для анизотропных магнитных сверхпроводников предсказано явление притяжения наклонных вихрен на больших расстояниях;
развито теоретическое описание планарных сверхрешеток, состоящих из чередующихся ферромагнитных и сверхпроводящих слоев, предсказано неоднородное состояние системы с модулированной фазой параметра сверхпроводящего упорядочения.
Совокупность полученных в настоящей работе результатов и развитых представлений и методов позволяет характеризовать их как новое научное направление в физике магнитных явлений.
Практическая ценность диссертационной работы заключается і? том, что она вносит вклад в развитие теории зонного антиферромагнетизма и магнитных сверхпроводников, описывает и объясняет обширную совокупность экспериментальных данных по физике этих систем, дает предсказание целого ряда новых эффектов, часть из которых получила экспериментальное подтверждение. К примеру, развитая теория статического и динамического поведения орторомбического соединения La2Cu04 была применена для интерпретации результатов и дальнейшего развития соответствующих экспериментальных исследований в Институте физических проблем АН СССР, Объединенном институте ядерных исследований (г. Дубна), Институте физики твердого тела АН СССР, Институте кристаллографии АН СССР, Физическом институте АН СССР и в ряде других организации.
Теоретические положения дайной работы уже находят применение и перспективны для дальнейшего использования в процессе развития теории магнетизма проводящих и сверхпроводящих систем. Многие выводы работы (особенно касающиеся теории вихревой фазы в антиферромагнитпых сверхпроводниках и анизотропных магнитных сверхпроводниках в наклонном магнитном поле)
стимулируют постановку новых экспериментов. Особый интерес I связи с созданием новых .устройств интегральной электроники і интегральной оптики, материалов для криоэлектроники представ ляют результаты по теории сверхрешеток, состоящих из ферромаг нитных и сверхпроводящих слоев.
Апробация работы. Результаты, представленные в диссертации докладывались на многих конференциях, совещаниях и симпозиу мах, в том числе, па Всесоюзных совещаниях по физике низки: температур (Кишинев, 1982; Тбилиси, 1985; Ленинград, 1988; До нецк, 1990), Всесоюзных конференциях по физике магнитных явле ний (Тула, 1983; Донецк, 1985), Всесоюзном совещании по теорш полупроводников (Ташкент, 1985), Совещании по физике твердой тела (Москва, ИАЭ, 1989), III Всесоюзном совещании по высоко температурной сверхпроводимости (Харьков, 1991), Международ пой конференции по магнетизму редкоземельных соединений (Бу харест, 1983), Международной конференции по физике низких тем ператур (ФРГ, Карлсруэ, 1984), Европейском совещании п< кристаллографии (Вроцлав, 1986), Советско-немецком семинар по проблемам высокотемпературной сверхпроводимости (Таллиш 1989; Карлсруэ, 1990), Японской конференции по магнитным фазо вым переходам (Осака, 1990), Международной конференции п сверхпроводимости (Япония, 1991) и др. Прочитано большое числ докладов 'на научных семинарах в МГУ, ведущих академически институтах (ФИАН, ИФП, ИКАН, ИФТТ и др.), ОИЯИ (лаб теор. физ.), МИРЭА, Университете штата Мэриленд (США, 1990) Ренсельерском политехническом институте (США, 1991).
Основной материал диссертации опубликован в 25 статьях научных журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве дения, четырех глав, заключения и списка цитированной литера туры из 182 наименований. Она содержит 239 страниц, включа 21 рисунок, 15 таблиц и список литературы.
