Projekti / Programi
Izmenjalne interakcije v selenitih in teluridih ? ključ do novih funkcijskih nizkodimenzionalnih magnetnih sistemov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.01 |
Naravoslovje |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
izmenjalne interakcije, nizkodimenzionalni sistemi, prost elektronski par, nevtronsko sipanje, seleniti, teluriti
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
26465 |
dr. Matej Pregelj |
Fizika |
Vodja |
2013 - 2015 |
130 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.636 |
Povzetek
Čar nizkodimenzionalnih (low-D) magnetnih sistemov se skriva v njihovi dvojni naravi. Čeprav je njihova struktura zelo preprosta, kažejo veliko zanimivih osnovnih magnetnih stanj (spinske tekočine, spinska stekla, inkomenzurabilna spiralna stanja, itd) in eksotičnih vzbuditev (spinoni in amplitudoni in fazoni itd.). Do teh pojavov pride zaradi izrazitih kvantnih fluktuacij, ki dušijo magnetne korelacije in s tem nasprotujejo vzpostavitvi reda dolgega dosega, katerega po drugi strani favorizirajo magnetne anizotropije in interakcij vzdolž tretje dimenzije. Low-D magnetni sistemi so zato zelo občutljivi na majhne motnje, kar omogoča prepletanje različnih prostorskih stopenj in privede do kvantnih kritičnih točk, faze Luttingerjeve tekočine, magnetoelektričnega efekta ali anizotropnega toplotnega odziva; torej pojavov, ki so zanimivi tako s teoretičnega kot tudi tehnološkega vidika. Še več, njihova preprostost omogoča, da se pogosto da opažene odzive pojasniti z natančnimi analitičnimi ali preciznimi numeričnimi izračuni, kar dela low-D magnetne sisteme eno najbolj vročih področij v fiziki kondenzirane materije.
Nedavni preboj je spoznanje, da low-D magnetni sistemi niso omejeni zgolj na bakrove okside, saj so raznolike low-D magnetne mreže odkrili tudi v družini selenitov in teluritov. Ključna značilnost teh sistemov je, da vsebujejo katione s stereokemičnino aktivnim prostim elektronskim parom (PEP), npr. Se4+ in Te4+, ki zmanjšujejo število kemijskih vezi v spojini in s tem potencialno znižajo dimenzionalnost magnetne mreže. Poleg tega lahko v teh spojinah magnetne interakcije potekajo preko M-O-T-O-M (M je ion prehodne kovine, T pa je Te4+ ali Se4+) mostov, kar pomeni, da so stereokemično aktivni PEP vključeni v izmenjalno pot. Tako se lahko nadejamo zanimivih učinkov, kot sta magnetoelektrična sklopitev ali nekonvencionalna toplotna prevodnost.
Za razliko od "preprostih" magnetnih oksidov, kjer je mogoče z Goodenough-Kanamorijevimi pravili oceniti izmenjalno interakcijo kar iz kristalne strukture, pa je izmenjalna narava Te4+/Se4+ vezi je še vedno uganka, saj zahteva individualno eksperimentalno in teoretično obravnavo.
Glavni cilj projekta je izpeljava izmenjalnih pravil za Te4+/Se4+ vezi in s tem omogočiti hitrejši razvoj novih low-D materialov z želenimi lastnostmi. Hkrati bomo preučevali eksotična osnovna stanja in možne načine kako vplivati nanje, iskali nenavadne vzbuditvene načine in nove uporabnosti low-D Te4+/Se4+ sistemov.
Načrtujemo uporabo širokega nabora eksperimentalnih (npr. nevtronskega in rentgenskega sipanja in magnetne resonance) in teoretičnih (teorije povprečnega polja in Holstein-Primakov izračunov) orodij, s katerimi bomo preučevali šest low-D Te4+/Se4+ spojin, ki se razlikujejo v magnetni topologiji (skupek, 1D ali 2D), veznem ionu s PEP (Te4+,Se4+) in spinu (1/2, 1 ali 5/2). To nam bo dalo celovit pregled vedenja selenitov in teluritov in kako nanj vplivajo različne prostorske stopnje, kar nam bo na koncu omogočilo izpolnitev zadanih ciljev.
Poleg znanstvenih ciljev, je cilj projekta postavitev temeljev raziskavam nevtronskega sipanja na Institutu Jožef Stefan v skladu s prizadevanji za vključitev Slovenije v Srednjeevropsko pobudo za nevtrone (CENI). Dodatno je cilj krepiti sodelovanja z vodilnimi raziskovalnimi skupinami po svetu ter izboljšati vpetost Slovenije v velike raziskovalne inštitucije.
Pomen za razvoj znanosti
Seleniti in teluriti, ki vsebujejo prehodne kovine, so izreden razred materialov, saj kažejo številne zanimive kristalne strukture, ki razlikujejo v dimenzionalnosti magnetne mreže – od najpreprostejših skupkov do kompleksnih mrež integrirajočih 1D ali 2D enot. Poleg tega ti dve družini spojin ponujata številne možnosti za ustvarjanje novih struktur, s kompleksnimi in potencialno nizko dimenzionalnimi ureditvami magnetnih ionov. Kljub njihovim čudovitim lastnostim pa so nizko dimenzionalnimi Te4+/Se4+ sistemi še daleč od široke uporabe, saj zahtevajo celovit individualen pristop, ki zajema več komplementarnih eksperimentalnih tehnik in kompleksnih teoretičnih izračunov, kar predstavlja veliko časovno izgubo v procesu razvoja novih nizko dimenzionalnih magnetnih materialov z želenimi lastnostmi. Splošna izmenjalna pravila za Te4+/Se4+ vezi, ki smo jih razvili v okviru našega projekta, obljubljajo potencialen tehnološki preboj pri oblikovanju novih materialov s posebnimi lastnostmi, npr. anizotropno toplotno prevodnostjo ali magnetoelektrično sklopitvijo itd. Naši rezultati jasno kažejo, da izmenjalne interakcije tipa M-O-Te/Se-O-M, kjer so razdalje med posameznimi atomi manjše od dveh Angstromov, tipično dosegajo jakosti nekaj 10 Kelvinov in so (skoraj vedno) antiferomagnetne, ne glede na kote vzdolž izmenjalne poti. Na podlagi pridobljenih pravil je mogoče oceniti sklopitve v magnetni mreži že na osnovi strukturnih informacij ter osnovnih laboratorijskih meritev (magnetna susceptiblinost in specifična toplota), s čimer se bo dalo izogniti zamudnim eksperimentalnim in računskim nalogam. Na koncu velja izpostaviti izjemno zanimivo odkritje širokopasovne absorpcije v mešani fazi metamagnetov. Slednja se razteza preko desetih velikostnih razredov v frekvenci in se pojavi pri točno določenem magnetne polju. To omogoča natančno kontrolo (vklop/izklop) absorpcije in je s tega gledišča nadvse zanimivo za uporabo v aplikativnih sistemih.
Pomen za razvoj Slovenije
Poleg znanstvenega napredka, je naš projekt vzpostavil in okrepil sodelovanja z vodilnimi raziskovalnimi skupinami po svetu (ZDA, Evropa in Japonska), izboljšal sodelovanje slovenskih raziskovalnih skupin z velikimi evropskimi raziskovalnimi ustanovami in spodbujal vključevanje Slovenije v magnetno nevtronsko sipalno skupnost, ki se je začel z podoktorskim usposabljanjem Mateja Pregelja v Laboratoriju za nevtronsko sipanje na Paul Scherrer Institutu, Švica. Ta korak je zelo pomembno, saj Slovenija še ni članica mednarodnih nevtronskih iniciativ in je zato ključna vzpostavitev poznanstev in rednega sodelovanja s tujimi strokovnjaki. Končno je bilo več del, ki so nastala v času projekta, objavljenih v odmevnih mednarodnih revijah in predstavljenih na mednarodnih konferencah, s čimer smo pokazali, da Slovenija ne samo sledi ampak tudi kroji trende v znanosti na najvišjem nivoju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
