В престижном научном издании Physical Review B опубликованы результаты прорывного исследования, раскрывающего механизмы обменных взаимодействий в парамагнитной фазе диоксида хрома.
Удивительный мир полуметаллов открывает перед нами уникальные возможности. Эти необычные материалы характеризуются особым расположением спиновых уровней Ферми — один находится в зоне проводимости, другой располагается между заполненной и пустой зонами. Благодаря такой структуре полуметаллы демонстрируют промежуточные свойства между металлами и неметаллами. Особое место среди них занимает диоксид хрома — выдающийся представитель этого класса материалов с впечатляющим магнитным моментом и температурой Кюри около 390 K.
Блестящее исследование провел Андрей Катанин, ведущий ученый лаборатории компьютерного дизайна материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Применив инновационный комбинированный подход, объединяющий теорию функционала плотности и динамическую теорию среднего поля, исследователь смог детально изучить магнитные свойства диоксида хрома. Особое внимание уделялось влиянию обменных взаимодействий и дисперсии магнонов на характеристики материала.
Захватывающие результаты были получены при использовании различных орбитальных моделей. Наибольший успех принесла 5-орбитальная модель, великолепно описывающая механизм двойного обменного взаимодействия. Она позволила получить положительные дисперсии магнонов и близкие к экспериментальным значения температуры Кюри.
Интригующим открытием стала выявленная связь между зарядовым состоянием атомов хрома и магнитными свойствами материала. На атомах хрома обнаружено 2-3 электрона вместо ожидаемых четырех, что объясняется кулоновским отталкиванием между электронными состояниями кислорода и хрома.
Исследование доказало формирование локальных магнитных моментов в диоксиде хрома благодаря взаимодействию Хунда, сохраняющемуся даже в парамагнитной фазе. Это открытие существенно расширяет наше понимание природы магнитных свойств полуметаллов.
Полученные результаты открывают захватывающие перспективы для создания инновационных магнитных материалов. Они найдут применение в разработке передовых устройств хранения данных и эффективных магнитных систем. Дальнейшие исследования позволят глубже изучить эволюцию магнонной дисперсии при различных температурах и создать более совершенные модели описания магнитных свойств CrO2.
Эта работа демонстрирует удивительный прогресс в понимании фундаментальных свойств материи и открывает новые горизонты для технологических прорывов в области магнитных материалов.
Источник: naked-science.ru
