Введение к работе
Подавляющее большинство работ в области спиновой динамики в молекулярных магнетиках было выполнено для их парамагнитного состояния Имеется недостаток сведений о спиновой динамике для их ферримагнитного состояния
В данной работе была исследована спиновая динамика в ферримагнитном и парамагнитном состоянии новых хиральных молекулярных магнетиках на основе цианидных комплексов переходных металлов
Раньше главной причиной интереса к хиральным магнетикам была их магнитооптическая активность и потребность в практическом использовании эффекта Фарадея в оптически прозрачных магнетиках с регулируемым распределением спиновой плотности [1] Помимо этого, синтез хиральных молекулярных магнетиков открывает новые возможности в управлении магнитными свойствами твердых тел и создании новых магнитных материалов, не существующих в природе в естественной форме К настоящему времени синтезировано множество металлорганических соединений [2], в которых кристаллическая структура лишена центра инверсии, обменное взаимодействие Дзялошинского-Мория дает существенный вклад в их магнитные свойства, а структурная хиральность индуцирует хиральность спиновой плотности, обнаруживаемую методами мюонной и нейтронной дифракции Несмотря на многочисленные попытки обнаружения влияния хиральности кристаллов на их магнитный момент, до сих пор не существует ни одного свидетельства такого влияния Причина этого в том, что магнитный момент образца, выбранный в качестве характеристики магнитных свойств, инвариантен по отношению к операции инверсии В результате появилась распространенная точка зрения, согласно которой хиральность кристаллов не может влиять на магнитные свойства кристаллов Очевидно, что такого запрета не существует для спин-волновых явлений Более того, имеются экспериментальные свидетельства о различиях ЭПР спектров в рацемических и хиральных кристаллах даже в парамагнитной фазе [3] Причина, по которой можно ожидать влияния хиральности структуры на спектры магнитного резонанса в магнитоупорядоченной фазе, заключается в том, что, хотя полный магнитный момент не чувствителен к хиральности, от нее может сильно зависеть генерация, подвижность и релаксация спин-волновых возбуждений
Кроме того, можно ожидать, что в хиральных кристаллах могут существовать спиновые возбуждения новых типов, запрещенные в центросимметричных ахиральных кристаллах В [4] были предсказаны пространственные солитоны спиновой плотности в молекулярных магнетиках с хиральной структурой
Таким образом, актуальность работы связана с появлением новых классов молекулярных хиральных магнетиков с неизвестными магнитными свойствами
установление роли хиральности структуры кристаллов в формировании коллективных спиновых возбуждений в молекулярных магнетиках
Для достижения цели были поставлены следующие задачи
получение и интерпретация спектров электронного спинового резонанса кристаллов [Cr(CN)6][Mn(S)-pnH-(H20)]H20 (Green Needle), [Mn{(R/S)-pn}]2 [Mn{(R/S)-pn}2(H20)][Cr(CN)6]2 (Yellow Needle) и порошков [Mn"(HL)(H20)] [Mn"'(CN)6] 2H20 (L = R/S-pn и L = rac-pn),
экспериментальное исследование статических и динамических магнитных свойств хиральных молекулярных кристаллов Green Needle, Yellow Needle, различающихся пространственной структурой и характером обменного взаимодействия в них,
создание экспериментальных условий для обнаружения возбуждений спиновой плотности микроволновым полем и идентификация типов коллективных магнитных резонансов в ферримагнитных кристаллах Green Needle, Yellow Needle,
проведение сравнительного анализа спектров электронного спинового резонанса в хиральных и рацемических образцах [Cr(CN)6][Mn(S)-pnH-(Н20)]Н20, [Mn{(R/S)-pn}]2[Mn{(R/S)-pn}2(H20)][Cr(CN)6]2), [Mn"(HL)(H20)] [Mnin(CN)6] 2Н20, в которых одноионная анизотропия ионов Сг3+ и ионов Мп2+ на два порядка величины меньше, чем для ионов Мп1+
Впервые для хиральных кристаллов получены экспериментальные доказательства существования солитонов спиновой плотности, возникающих в объеме кристалла в результате конкуренции изотропного и антисимметричного обменных взаимодействий Экспериментально обнаружено влияние хиральности структуры кристаллов на электронный спиновый резонанс в них, в частности на спиновые возбуждения (стоячие волны и солитоны) Обнаружено влияние величины одноионнои анизотропии на спиновую динамику в хиральных и рацемических образцах
Полученные результаты являются первыми фундаментальными свидетельствами новых типов магнитных возбуждений в твердых телах и могут быть использованы для развития новых физических представлений о коллективных спиновых явлениях
Практическая реализация режима возбуждения и регистрации спиновых волн и солитонов в объеме хиральных молекулярных кристаллов дает возможность для создания новых видов приборов аналоговой обработки СВЧ сигналов
Влияние хиральности на спиновую динамику представляет практический интерес для получения хиральных молекулярных кристаллов с магнитными характеристиками, заданными при синтезе
Результаты исследования кристаллов [Cr(CN)6] [Mn(S)-pnH-(H20)]H20, (Green Needle), [Mn{(R/S)pn}]2 [Mn{(R/S)-pn}2(H20)] [Cr(CN)6]2 (Yellow Needle), порошков [Mn"(HL(H20)J [Mn'"(CN)6] 2H20 (L = R/S-pn и L = rac-pn) с помощью ЭПР - спектроскопии
Результаты анализа спектров электронного спинового резонанса хиральных и рацемических кристаллов Green Needle, Yellow Needle в рамках спин-волновой и спин-солитонной теорий
Результаты идентификации вкладов ионов Мп2+ и Мп3+ в спектры электронного спинового резонанса хиральных и рацемических образцов [Mn"(HL(H20)] [Mn"'(CN)6] 2Н20 (L = R/S-pn и L = rac-pn)
Автором были проведены измерения магнитного момента с помощью СКВИД - магнитометра, получены спектры электронного спинового резонанса с помощью ЭПР - спектрометра, полученные данные были обработаны и проанализированы в программах Origin, WinEPR, подготовлены публикации по теме диссертации
Основные результаты работы докладывались на 17th International conference on magnetism (Kyoto, Japan, 2006), I Russian - Japanese symposium «Molecular and Biophysical Magnetoscience» (Orenburg, 2006), XVIII и XIX Всероссийских симпозиумах «Современная химическая физика», (г Туапсе, 2006, 2007), XXV Всероссийской школе-симпозиуме по химической кинетике (г Москва, 2007), VII Voevodsky conference «Physics and chemistry of elementary chemical processes» (Chernogolovka, 2007)
