Хиральные ферримагнетики представляют собой магнитные материалы, обладающие хиральной асимметрией, то есть отличаются от своего зеркального отражения. В таких материалах атомы или молекулы расположены таким образом, что их структура не сохраняет центральную симметрию относительно зеркального отражения. Это приводит к появлению хиральных спиновых структур, в которых направление магнитных моментов отличается от антисимметричного отражения. Научное значение хиральных ферримагнетиков заключается в их потенциальной роли в различных областях фундаментальной науки (в области магнетизма и спиновых структур) и технологий. Изучение их свойств может пролить свет на особенности магнитных взаимодействий и динамики в сложных магнитных системах. А также хиральные ферримагнетики имеют потенциальные приложения в магнитоэлектронике и магнитных устройствах (магнитные датчики и магнитная память).

Целью работы являлся анализ спиновой динамики в переменном магнитном поле в температурном диапазоне, близком к магнитному фазовому переходу в хиральных и рацемических кристаллах. 

Изучение низкочастотных гармоник магнитной восприимчивости, связанных с динамикой доменных границ, и высокочастотного микроволнового поглощения, соответствующего ферро- и парамагнитным резонансам, позволяет оценить критические явления, связанные с магнитным фазовым переходом.

Результатом исследования стала обнаружение существенной разницы во времени релаксации в рацемических и хиральных кристаллах. Резонансный отклик ионов Mn³⁺, контролируемый диполь-дипольным магнитным взаимодействием, обеспечивает весьма чувствительную индикацию кристаллических полей, их модификацию и позволяет судить о происхождении критических явлений при магнитном фазовом переходе.

Отличия в магнитных свойствах хиральных и рацемических кристаллов были обнаружены при анализе температурных зависимостей магнитной восприимчивости в переменном магнитном поле. Было выявлено явление генерации второй и третьей нелинейных гармоник магнитной восприимчивости, что отсутствовало в рацемических системах. Исследования также показали, что хиральность кристаллической решетки играет решающую роль в формировании нелинейного магнитного отклика

Исследование нелинейных явлений, связанных с неколлинеарной спиновой текстурой в хиральных структурах, играет ключевую роль в фундаментальной науке, направленной на понимание нелинейных процессов в различных научных областях. Микроскопические спиновые массивы часто подчиняются уравнениям, аналогичным тем, которые применяются для описания волн-убийц и атмосферных явлений, что делает их ценными моделями для изучения важных нелинейных явлений.

Работа выполнена коллективом авторов из группы магнитных и спиновых логических процессов и устройств ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Е.И. Куницына, Р.Б. Моргунов, при участии:

• Центр фотоники и 2D-материалов, Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия
• Российский квантовый центр, Инновационный город Сколково, Москва 121205, Россия

Kunitsyna E.I., Chernov A.I., Morgunov R.B. Low and high frequency magnetic relaxations as markers of critical phenomena in chiral 2D metal-organic ferrimagnet. //Journal of Magnetism and Magnetic Materials, v. 592, p. 171811, 15 February 2024 Q2 IF=2,7

https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.171811