ОТДЕЛ МАГНИТНЫХ И УПРУГИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Упругие, магнитоупругие, магнито-
и пьезоэлектрические свойства твердых тел

---

Состав исследовательской группы

Вячеслав Д. Филь feghataruslpostil@ileghataruslpostt.khareghataruslpostkov.ua Scopus ResearcherID GScholar ORCID	Руководитель группы, Главный научный сотрудник, Профессор, Доктор физ.-мат. наук
Галина А. Звягина zvyaeghataruslpostgina@ileghataruslpostt.khareghataruslpostkov.ua Scopus ResearcherID GScholar	Заместитель заведующего Отделом, Старший научный сотрудник, Кандидат физ.-мат. наук
Константин Р. Жеков zeghataruslposthekov@ileghataruslpostt.khareghataruslpostkov.ua Scopus ResearcherID GScholar	Младший научный сотрудник, Кандидат физ.-мат. наук
Игорь В. Билыч bileghataruslpostich@ileghataruslpostt.khareghataruslpostkov.ua Scopus ResearcherID GScholar	Младший научный сотрудник, Кандидат физ.-мат. наук

Основные направления исследований

• Фазовые превращения различной природы в твёрдых телах.
• Магнитоупругость, пьезо– и магнитоэлектрические явления в магнитных материалах.
• Динамика вихревых решёток в сверхпроводниках II рода.
• Электронные свойства проводящих систем в нормальном и сверхпроводящем состояниях.
• Прецизионные измерения модулей упругости монокристаллов.

Наиболее важные результаты

• Измерены экстремальные размеры поверхностей Ферми Al, Mo и Ga, определена анизотропия энергетической щели в сверхпроводящих In и Al.
• Исследованы режимы сильного взаимодействия электронов со звуком. Обнаружено, что электронный вклад в динамические модули упругости в высокочистых монокристаллах может достигать 10-15%.
• Впервые обнаружены эффекты баллистического переноса электронами упругих деформаций. На их основе развит метод высокоточного измерения экстремальных фермиевских импульсов с одновременным определением знака носителей заряда (Ga). Изучена анизотропия скорости электрон-электронной релаксации в Al.
• Обнаружено нелинейное электрон-звуковое взаимодействие в металлах – т.н. импульсная нелинейность.
• Обнаружены и изучены новые типы собственных колебаний электронной плазмы металла, характеризуемые линейным законом дисперсии: циклотронные и пучковые волны, нулевой звук, концентрационная волна. Впервые в «хорошем металле» осуществлено возбуждение магнитоплазменных волн, наблюдавшихся ранее только в Bi, – быстрой магнитозвуковой и альвеновской.
• Впервые в металлах зарегистрированы: а) электрический потенциал, связанный с продольной звуковой волной, б) инерционное поле, сопровождающее поперечную звуковую волну - акустический аналог эффекта Стюарта-Толмена. Разработан принципиально новый акустоэлектрический метод изучения динамики вихревых решёток в сверхпроводниках II рода. С его помощью в борокарбидах изучено поведение силы Магнуса и измерены параметры пиннигующих потенциалов. Впервые за долгую историю существования вопроса экспериментально измерена масса абрикосовского вихря (~ 10^-17 г/см, YB₆), оказавшаяся на два порядка больше существующих теоретических оценок.
• Измерены модули упругости репрезентативных соединений семейств двойных молибдатов, купратов, борокарбидов, гекса- и додекаборидов. В частности, обнаружена гигантская анизотропия упругих свойств в базовой плоскости монокристаллов La₂CuO₄. Во всех этих соединениях подробно изучена эволюция упругих характеристик, сопровождающая фазовые превращения сегнетоэластической и магнитной природы, многие из которых обнаружены впервые. Построены соответствующие фазовые диаграммы в плоскости «магнитное поле-температура».
• Проведены магнитоакустические исследования монокристаллов из семейства редкоземельных ферроборатов, принадлежащих к классу мультиферроиков. В ряде соединений обнаружены и проанализированы новые спонтанные и индуцированные магнитным полем спин-реориентационные фазовые переходы, в некоторых - определена температура Нееля. Впервые построены соответствующие фазовые Н‑Т диаграммы.
• Измерены скорости звука и рассчитаны упругие и пьезоэлектрические модули в монокристаллах NdFe₃(BO₃)₄ та SmFe₃(BO₃)₄. Показано, что исследованные соединения характеризуются достаточно сильным пьезоэффектом – значение пьезомодуля е₁₁ в параэлектрической фазе (≈1.4 Кл/м²) почти на порядок выше, чем в α-кварце.
• Впервые обнаружено новое для магнитоупорядоченных сред спин-зависимое явление - магнитопьезоэлектрический эффект. В самариевом ферроборате он проявляется в более чем двукратном росте эффективного пьезомодуля в антиферромагнитной фазе. Эффект обнаружен также в NdFe₃(BO₃)₄. Природа эффекта – совместный вклад магнитоэлектрического и магнитоупругого взаимодействий.
• В NdFe₃(BO₃)₄ обнаружены проявления эффекта нового типа - прямой перенормировки пьезоэлектрического взаимодействия в магнитоуорядоченной фазе.
• В SmFe₃(BO₃)₄ обнаружен пьезоотклик в непьезоактивной (с точки зрения парафазы) конфигурации, обусловленный, по-видимому, поверхностным пьезоеффектом.
• Определены все компоненты тензора модулей упругости монокристалла FeSe, принадлежащего к семейству новых железосодержащих высокотемпературных сверхпроводников. Обнаружено значительное смягчение С₁₁ и С₁₁ - С₁₂ мод при структурном переходе. Изучено влияние сверхпроводящего перехода на скорость и затухание звукового сигнала, которое оказалось значительным. Оценена величина сверхпроводящей энергетической щели.
• В монокристаллах FeSe исследован процесс акустоэлектрической трансформации. В отсутствии постоянного магнитного поля обнаружена интенсивная генерация электромагнитного излучения под действием ультразвука. Наиболее вероятная причина наблюдаемого эффекта - пьезомагнетизм.
• В монокристалле CoF₂ с помощью метода акустоэлектрической трансформации обнаружен новый канал пьезомагнитного отклика, возникающий в магнитном поле: упругая деформация индуцирует магнитный момент, ориентированный параллельно направлению сдвига в поперечной акустической волне. Эффект существует как в антиферромагнитной фазе, так и при температурах, которые значительно превышают температуру Нееля.
• Впервые экспериментально обнаружен пьезомагнитоэлектрический эффект в антиферомагнетиках, теоретически предсказанный более 50 лет назад. Эффект зарегистрирован в экспериментах по акустоэлектрической трансформации на монокристалле LiCoPo₄, находящимся в магнитоупорядоченном состоянии. Он проявляет себя как пьезоэлектрический отклик, существующий только в присутствии магнитного поля, и линейно возрастающий по амплитуде с его ростом.

Экспериментальное оборудование

• Отделом разработано уникальное экспериментальное оборудование, позволяющее в автоматическом режиме проводить высокоточные измерения скорости и затухания звука в сильнопоглощающих средах. В частности, развита «нониусная» методика, пригодная для измерений скорости звука в образцах субмиллиметровых размеров.
• Впервые реализована методика изучения динамических параметров вихревых решёток с помощью акустоэлектрической трансформации.
• Впервые разработана методика обнаружения и исследования спин-зависимых пьезоэлектрических эффектов в антиферромагнетиках.
• Диапазон температур – 1.7 ÷ 350 К, магнитных полей – до 5.5 Тл.
• Активно ведется разработка нового и модернизация существующего экспериментального оборудования.