Григорьев Сергей Валентинович
Петербургский Институт Ядерной Физики, НИЦ «Курчатовский Институт»
Кубическая нецентросимметричная структура соединений В20 образует винтовую (гомокиральную) структуру с волновым вектором ks = D/J, обусловленную конкуренцией двух взаимодействий: ферромагнитного обменного взаимодействия J = A/S с жесткостью спиновых волн A и спином S и антисимметричного взаимодействия
Дзялошинского-Мория (ДМ) с константой D (модель Бака-Йенсена) [1]. Приложение магнитного поля H превращает спираль в коническую структуру, которая схлопывается в индуцированный полем ферромагнетик в точке HC2. Это поле определяется иерархией взаимодействия через gμBHC2 = Aks2. Эксперименты по малоугловому рассеянию нейтронов и СКВИД-измерения проводились на серии гелимагнетиков Дзялошинского-Мория Mn1-xFexSi и Fe1-xCoxSi. В экспериментах были получены значения волнового вектора спирали ks, критического поля HC2 и значения спина S. Прямое измерение жесткости спиновых волн А в MnSi подтвердило справедливость модели Бака-Йенсена на количественном уровне во всем температурном диапазоне от 0 до TC [2-4].
Скирмионная Решетка (СкР) реализуется под действием приложенного магнитного поля в пределах узкого полевого коридора [HA1, HA2] и только вблизи TC. Волновой вектор СкР практически равен вектору спирали ks, [5,6]. Предложена модель, описывающая границы устойчивости скирмионной решетки в нецентросимметричных ферромагнетиках с взаимодействием Дзялошинского-Мория в магнитном поле.
Сравнивается классические энергии взаимодействия с магнитным полем конической структуры и скирмионной решетки, которые определяются зеемановским членом и выигрышем магнитной системы от реализации модулированной спиновой структуры. Вычислен средний момент на атом внутри элементарной ячейки скирмионой решетки μSk = 0.4 μ(T). Скирмионная решетка является устойчивой структурой, энергетически более выгодной по сравнению с конической структурой вблизи HA = 0.4 HC2. Границы устойчивости скирмионной фазы определяются выигрышем в энергии за счет разницы размагничивающего фактора для конической фазы и скирмионной решетки, который проявляется в некотором диапазоне полей вблизи HA вблизи Tc.
Экспериментальные данные, полученные для серии соединений гелимагнетиков Дзялошинского-Мория Mn1-xFexSi и Fe1-xCoxSi подтверждают справедливость предложенной модели. Показано, что вся (H-T) фазовая диаграмма в гелимагнетиках с взаимодействием Дзялошинского-Мория построена на основе иерархии
взаимодействий, определяющих энергетический ландшафт магнитной системы: ферромагнитного обменного взаимодействия, антисимметричного взаимодействия Дзялошинского-Мория и дипольного взаимодействия, обуславливающего устойчивость скирмионной решетки.
[1] P. Bak, M.H. Jensen, J. Phys. C13 (1980) L881.
[2] S.V. Grigoriev, A. S. Sukhanov, E. V. Altynbaev, S.-A. Siegfried, A. Heinemann, P. Kizhe,
and S. V. Maleyev, Phys. Rev. B 92, (2015) 220415(R).
[3] S. V. Grigoriev, E. V. Altynbaev, S.-A. Siegfried, K. A. Pschenichnyi, D. Menzel, A.
Heinemann, and G. Chaboussant, Phys. Rev. B 97 (2018) 024409.
[4] S. V. Grigoriev, K. A. Pschenichnyi, E. V. Altynbaev, S.-A. Siegfried, A. Heinemann, D.
Honnecker, and D. Menzel, Phys. Rev. B 100 (2019) 094409.
[5] S. Muhlbauer, B. Binz, F. Jonietz, C. Pfleiderer, A. Rosch, A. Neubauer, R. Georgii, and P.
Boni, Science 323 (2009) 915.
[6] S. V. Grigoriev, N. M. Potapova, E. V. Moskvin, V. A. Dyadkin, Ch. Dewhurst, S. V.
Maleyev, JETP Letters 100 N. 3 pp. 238-243 (2014)