Magnetne interakcije v kvaziperiodičnih kristalih
Oznaka in naziv projekta
N1-0330 Magnetne interakcije v kvaziperiodičnih kristalih
N1-0330 Magnetic interactions in quasiperiodic crystals
Logotipi ARIS in drugih sofinancerjev
NCN - Narodowe Centrum Nauki
Projektna skupina
Vodja projekta: doc. dr. Stanislav Vrtnik
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Magnetizem v kvazikristalih je še vedno relativno nerazvito področje v fiziki trdne snovi, zaradi strukturne kompleksnosti kvaziperiodične razporeditve atomov v kvazikristalih. Čeprav so bile prve raziskave magnetizma lokaliziranih 4f elektronov narejene na Bergmanovem tipu kvazikristalov, je večina raziskav, kjer so opazili feromagnetizem, narejenih na Tsai-jevem tipu kvazikristalov. Še več, do sedaj je bil le na dveh vzorcih zanesljivo potrjen magnetni red dolgega dosega. Raziskave so večinoma potekale na Tsai-jevih kvazikristalih zaradi odkritja binarnega Cd5.7Yb kvazikristala, za katerega so prvič določili natančni strukturni model, kar je omogočilo interpretacijo eksperimentalnih podatkov na podlagi atomske strukture. Po tem odkritju so nadaljnje raziskave magnetizma v Bergmanovih kvazikristalih z redkimi zemljami praktično opustili, saj za njih ni bilo dobrega strukturnega modela. Pred kratkim pa je bil objavljen 3D strukturni model Bergmanovega kvazikristala v sistemu Zn-Mg-RE. Na podlagi tega modela bomo lahko izvedli raziskave magnetizma na Bergmanovih kvazikristalih z redkimi zemljami. Raziskovali bomo tako dinamične kot statične magnetne lastnosti. Poleg tega je ta sistem edinstven, saj lahko najdemo tako primitivne P kot ploskovno centrirane F faze, za razliko od Tsai-jevih kvazikristalov, ki obstajajo samo v obliki primitivne P faze. Naredili bomo lahko primerjavo magnetizma med P in F-tipom kvazikristalov. Obstaja možnost, da bomo odkrili antiferomagnetni red dolgega dosega, saj nekateri kvazikristali Zn-Mg-RE kažejo negativno Curie-Weissovo temperaturo. Zaradi obstaja tako P- kot F-tipa faze za to vrsto kvazikristalov se odpira možnost raziskave vpliva mreže na statično spinsko ureditev in njihovo dinamiko. Obe vrsti mrež se bistveno razlikujeta v porazdelitvi atomov, ki nosijo magnetne momente, zato bi lahko opazili nove lastnosti. Predvidevamo, da te raziskave ne bodo vplivale le na razumevanje magnetizma, ampak tudi na razumevanje stabilizacije kvazikristalov.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
1. Faza: Sinteza kvazikristalov Zn-Mg-RZ (tipa P in F) in Zn-Mg-RZ-Li s self-flux metodo. Uspešno smo sintetizirali ZnMgTm (P-tip in F-tip), ZnMgEr (P-tip in F-tip), ZnMgHo (P-tip in F-tip), ZnMgDy (F-tip), ZnMgTb (F-tip), ZnMgHf (P-tip), ZnMgY (F-tip), ZnMgGd (dekagonalni kvazikristal) in serijo kvazikristalov z litijem: ZnMgErLi, ZnMgYLi in ZnMgHoLi.
2. Faza: Karakterizacija vzorcev z vrstičnim elektronskim mikroskopom (SEM) in EDS elementnim kartiranjem. Preiskave so pokazale, da so vzorci homogeni, z minimalno vsebnostjo precipitatov. Preiskovali smo vzorce ZnMgTm (P-tip in F-tip), ZnMgEr (P-tip in F-tip), ZnMgHo (P-tip in F-tip), ZnMgHf in ZnMgErLi (tudi TEM karakterizacija).
3. Faza: Raziskave magnetnih lastnosti. Meritve smo izvedli s SQUID magnetometrom v temperaturnem območju od 300 K do 400 mK ter s sistemom za fizikalne lastnosti snovi (PPMS) od 300 K do 350 mK. ZFC-FC susceptibilnost je razkrila prehod v spinsko fazo, podobno spinskemu steklu, pri temperaturah pod 1 K. V specifični toploti vzorcev je izrazit vrh v bližini 1 K, ki je verjetno posledica Schottkyjevega efekta.
Bibliografske reference
[1] I. Buganski, S. Vrtnik et al. The electronic structure of 1/1 ZnMgHf and its consequences for the electronic transport of the quasicrystal. Sci. Rep. 15, 28609 (2025).
[2] S. Vrtnik, P. Koželj et al. Non-ergodic states in icosahedral quasicrystals Zn-Mg-RE (RE = Tm, Er, Ho). The 16th International Conference on Quasicrystals 2025, 22-27 June 2025, Nancy, France.
[3] I. Buganski, S. Vrtnik et al. Theoretical analysis of Tsai-like and Bergman-like models of 1/1 ZnMgHf periodic approximant crystal. The 16th International Conference on Quasicrystals 2025, 22-27 June 2025, Nancy, France.
[4] S. Vrtnik, P. Koželj et al. Spin-glass phase in Zn-Mg-RE (RE = Er, Tm) quasicrystals. ECMetAC Days 2024, November 25 - 28, 2024, Zagreb, Croatia.