Изучение систем с некомпланарным распределением намагниченности

Теоретические исследования нашей группы посвящены изучению систем с некомпланарным распределением намагниченности. Такие системы слабо исследованы. Мы выполняем теоретические работы по следующим направлениям:

1. Исследование особенностей электрических свойств некомпланарных магнитных систем;
2. Исследование прохождения нейтронов через системы с некомпланарным распределением намагниченности.

Исследование особенностей электрических свойств некомпланарных магнитных систем

Образец с некомпланарной геликоидальной магнитной структурой в переменном электрическом поле низкой частоты ω. Эффект выпрямления приводит к возникновению осцилляций на частоте 2ω.

В качестве достижений группы можно указать развитую нами феноменологическую теорию транспортных явлений в неоднородных магнитных системах. В рамках данной теории на основе симметрийных соображений удалось показать, что в средах с некомпланарным распределением намагниченности может возникать «топологический» эффект Холла, явления выпрямления электрического тока, фотогальванический эффект, а также явления оптической активности. Феноменологическая теория позволяет легко определить, какие распределения намагниченности необходимы для возникновения данных эффектов. «Топологический» эффект Холла возникает, например, в частицах с вихревым или антивихревым распределением намагниченности. Эффектвы выпрямления возникают в среде с некомпланарной геликоидальной магнитной структурой (редкоземельные металлы Ho, Dy, Er, соединения MnSi и FeGe, многослойные магнитные частицы).

Эффекты выпрямления, впервые предсказанные в рамках феноменологической теории, рассмотрены нами с микроскопической точки зрения. В металлических материалах (типа Ho) с геликоидальной магнитной структурой эти эффекты достаточно малы. Отношение амплитуды второй гармоники, возникающей из-за нелинейности, составляет величину U_2ω/U_ω ≈ 10^-8.

Нами также проведена оценка величины топологического эффекта Холла в вихревых микрочастицах. При размере частиц менее 100 нм в диаметре, топологический эффект Холла в кобальтовых частицах превосходит на порядок аномальный эффект Холла:

Частица с вихревым распределением намагниченности (диаметр 100 нм, высота порядка 30 нм)	Зависимость недиагональной компоненты тензора сопротивления от величины внешнего магнитного поля, прикладываемого перпендикулярно плоскости основания диска. Вклад в поперечную проводимость (сопротивление) дают три эффекта: нормальный, аномальный и «топологический” эффекты Холла.	Схема мысленного эксперимента.

Исследование прохождения нейтронов через системы с некомпланарным распределением намагниченности

Поведение нейтронов в магнитном поле описывается формально схожими уравнениями, как электроны проводимости в ферромагнетиках в рамках s-d модели Вонсовского. В связи с этим при прохождении нейтронов через некомпланарные магнитные системы следует ожидать возникновения схожих с электронными системами явлений. Нами, в частности предсказаны явления невзаимности (аналог выпрямления) при рассеянии нейтронов некомпланарными магнитными средами, а также нарушение принципа детального равновесия (аналог «топологического» эффекта Холла для электронов) при рассеянии нейтронов системами с некомпланарным распределением намагниченности.

Интересно, также отметить, что спектр нейтронов в среде с некомпланарной магнитной структурой обладает асимметрией (является функцией общего вида от квазиимпульса нейтрона). Нами было предложено обнаружение этой асимметрии спектра по угловым зависимостям коэффициентов отражения нейтронов от некомпланарных магнитных сред. Эти зависимости обладают дополнительными особенностями по сравнению с отражением от компланарных сред. В частности в области малых углов скольжения на них возникает дополнительный критический угол.

Угловая зависимость коэффициента отражения нейтрона от среды с геликоидальной магнитной структурой (гольмий). R­↑↓ - коэффициент отражения с изменением спинового состояния. R­­↑↑ - коэффициент отражения без изменения спинового состоянии. На левом рисунке показано компланарное распределение намагниченности, на правом — некомпланарное.