ВІДДІЛ МАГНІТНИХ І ПРУЖНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТВЕРДИХ ТІЛ

Пружні, магнітопружні, магніто-
та п'єзоелектричні властивості твердих тіл

---

Склад дослідницької групи

Галина А. Звягіна zvyaeghataruslpostgina@ileghataruslpostt.khareghataruslpostkov.ua Scopus ResearcherID GScholar ORCID	Заступник завідуючого Відділом, Керівник групи, Старший науковий співробітник, Кандидат фіз.-мат. наук
Ігор В. Білич bileghataruslpostich@ileghataruslpostt.khareghataruslpostkov.ua Scopus ResearcherID GScholar ORCID	Науковий співробітник, Кандидат фіз.-мат. наук
Костянтин Р. Жеков zeghataruslposthekov@ileghataruslpostt.khareghataruslpostkov.ua Scopus ResearcherID GScholar ORCID	Молодший науковий співробітник, Кандидат фіз.-мат. наук

Основні напрямки досліджень

• Фазові перетворення різної природи у твердих тілах.
• Магнітопружність, п'єзо– та магнітоелектричні явища в магнітних матеріалах.
• Динаміка вихрових граток у надпровідниках II роду.
• Електронні властивості провідних систем у нормальному й надпровідному станах.
• Прецизійні виміри модулів пружності монокристалів.

Найбільш важливі результати

• Обміряно екстремальні розміри поверхонь Фермі Al, Mo і Ga, визначено анізотропію енергетичної щілини в надпровідних In та Al.
• Досліджено режими сильної взаємодії електронів зі звуком. Виявлено, що електронний внесок у динамічні модулі пружності у високочистих монокристалах може досягати 10-15%.
• Вперше виявлено ефекти балістичного переносу електронами пружних деформацій. На їхній основі розвинений метод високоточного виміру екстремальних ферміївських імпульсів з одночасним визначенням знаку носіїв заряду (Ga). Вивчено анізотропію швидкості електрон - електронної релаксації в Al.
• Виявлено нелінійну електрон-звукову взаємодію в металах – т.зв. імпульсну нелінійність.
• Виявлено та вивчено нові типи власних коливань електронної плазми металу, що характеризуються лінійним законом дисперсії: циклотронні й пучкові хвилі, нульовий звук, концентраційну хвилю. Вперше в «гарному металі» здійснено збудження магнітоплазмових хвиль, що спостерігалися раніше тільки в Bi, – швидкої магнітозвукової та альвенівської.
• Вперше в металах зареєстровано: а) електричний потенціал, пов'язаний з поздовжньою звуковою хвилею, б) інерційне поле, що супроводжує поперечну звукову хвилю - акустичний аналог ефекту Стюарта-Толмена. Розроблено принципово новий акустоелектричний метод вивчення динаміки вихрових граток у надпровідниках II роду. З його допомогою в борокарбідах вивчено поведінку сили Магнуса та виміряно параметри пінінгуючих потенціалів. Вперше за довгу історію існування питання експериментально виміряно масу абрикосівського вихру (~10^-17 г/см, YB₆), яка виявилася на два порядки більшою ніж існуючі теоретичні оцінки.
• Виміряно модулі пружності репрезентативних сполук родини подвійних молібдатів, купратів, борокарбідів, гекса- і додекаборидів. Зокрема, виявлено гігантську анізотропію пружних властивостей у базовій площині монокристалів La₂CuО₄. У всіх цих сполуках докладно вивчено еволюцію пружних характеристик, що супроводжує фазові перетворення сегнетоеластичної і магнітної природи, багато з яких було виявлено вперше. Побудовано відповідні фазові діаграми в площині «магнітне поле - температура».
• Проведено магнітоакустичі дослідження монокристалів із сімейства рідкісноземельних фероборатів, що належать до класу мультифероїків. У ряді сполук виявлено та проаналізовано нові спонтанні та індуковані магнітним полем спин - реорієнтаційні фазові переходи, в деяких - визначено температуру Неєля. Вперше побудовано відповідні фазові Н‑Т діаграми.
• Виміряно швидкості звуку та розраховано пружні й п'єзоелектричні модулі в монокристалах NdFe₃(BO₃)₄ і SmFe₃(BO₃)₄. Показано, що досліджені сполуки характеризуються досить сильним п'єзоефектом – значення п'єзомодуля е₁₁ в параелектричній фазі (≈1.4 Кл/м²) майже на порядок вище, ніж в α - кварці.
• Вперше виявлено нове для магнітовпорядкованих середовищ спін-залежне явище - магнітоп'єзоелектричний ефект. У самарієвому феробораті він проявляється в більш ніж двократному рості ефективного п'єзомодуля в антиферомагнітній фазі. Ефект було виявлено також в NdFe₃(BO₃)₄. Природа ефекту – спільний внесок магнітоелектричної та магнітпружної взаємодій.
• В NdFe₃(BO₃)₄ виявлено прояви ефекту нового типу - прямого перенормування п'єзоелектричної взаємодії у магнітовпорядкованій фазі.
• В SmFe₃(BO₃)₄ виявлено п'єзовідгук в неп'єзоактивній (з погляду парафази) конфігурації, обумовлений, очевидно, поверхневим п'єзоефектом.
• Визначено всі компоненти тензора модулів пружності монокристала FeSe, що належить до сімейства новітніх залізовмісних високотемпературних надпровідників. Виявлено значне пом'якшення С₁₁ і С₁₁ - С₁₂ мод при структурному переході. Вивчено вплив надпровідного переходу на швидкість та згасання звукового сигналу, яке виявилося значним. Оцінено величину надпровідної енергетичної щілини.
• У монокристалах FeSe досліджено процес акустоелектричної трансформації. У відсутності постійного магнітного поля виявлено інтенсивну генерацію електромагнітного випромінювання під дією ультразвуку. Найбільш імовірна причина ефекту, що спостерігався - п'єзомагнетизм.
• В монокристалі CoF₂ за допомогою методу акустоелектричної трансформації виявлено новий канал п'єзомагнітного відгуку, що виникає в магнітному полі: пружна деформація індукує магнітний момент, орієнтований паралельно напрямку зсуву в поперечній акустичній хвилі. Ефект існує як в антиферомагнітній фазі, так і при температурах, що значно перевищують температуру Неєля.
• Вперше експериментально виявлено п'єзомагнітоелектричний ефект в антиферомагнетиках, теоретично передбачений більше ніж 50 років тому. Ефект зареєстровано в експериментах з акустоелектричої трансформації на монокристалі LiCoPO₄, що перебуває у магнітовпорядкованому стані. Ефект проявляє себе як п'єзоелектричний відгук, що існує тільки в присутності магнітного поля та лінійно зростає по амплітуді з його ростом.

Експериментальне обладнання

• Відділом розроблено унікальне експериментальне обладнання, що дозволяє в автоматичному режимі проводити високоточні виміри швидкості й загасання звуку в сильнопоглинаючих середовищах. Зокрема, розвинено «ноніусну» методику, що дозволяє вимірювати швидкість звуку в зразках навіть субміліметрових розмірів.
• Вперше реалізовано методику вивчення динамічних параметрів вихрових граток за допомогою акустоелектричної трансформації.
• Вперше розроблено методику виявлення й дослідження спін-залежних п'єзоелектричних ефектів в антиферомагнетиках.
• Діапазон температур – 1.7 ÷ 350 К, магнітних полів – до 5.5 Тл.
• Активно ведеться розробка нового й модернізація існуючого експериментального обладнання.