В начале сентября 2017 года научный сотрудник ОИКС (НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ) Чубова Надежда Михайловна, провела эксперимент, являющийся продолжением серии опытов по исследованию нецентросимметричных гелимагнетиков со структурой типа В20 с помощью малоуглового рассеяния нейтронов. Эксперименты были проведены в нейтронном центре имени Хайнца Майера-Лейбница, Гархинг, Германия.

Известно, что магнитная структура соединений типа В20 построена на иерархии взаимодействий: изотропного обменного взаимодействия, взаимодействия Дзялошинского-Мориа (ДМ), анизотропного обменного взаимодействия и кристаллографической анизотропии. Так, например, магнитная подсистема MnSi упорядочивается в спираль, состоящую из ферромагнитных плоскостей, с периодом порядка 18 нм и вектором распространения, направленным вдоль кристаллографических осей типа <111>.

В 2009 году немецкие ученые установили [1], что в небольшой области (H-T) фазовой диаграммы вблизи Tc в магнитном поле возникает необычная структура, дающая шесть дифракционных пиков в плоскости, перпендикулярной магнитному полю. Причем появляющаяся гексагональная структура не зависит от направления магнитного поля по отношению к главным кристаллографическим осям образца. Это дало возможность авторам [1] заявить о наблюдении двумерной гексагональной решетки магнитных вихрей, названной скирмионной решеткой. Несколько лет назад нами так же была изучена магнитная структура кубического спирального магнетика MnSi в области A-фазы [2]. Карты рассеяния с нейтронного эксперимента представлены на Рисунке 1. Мы показали, что предложенная для описания этой структуры концепция плотной упаковки скирмионных квазичастиц, является ошибочной, и что такая магнитная структура по своей природе не отличается от магнитной спирали, наблюдаемой в отсутствии магнниного поля.

Рисунок 1. Карты интенсивности малоуглового рассеяния нейтронов.

В сентябрьском эксперименте с помощью малоуглового рассеяния нейтронов изучены температурные изменения спиновой структуры FeGe, который является родственным соединению MnSi. Эксперименты проводились в критическом диапазоне температур вблизи Т_С = 278,8 K в магнитном поле H ~ H_A ~ 0,2 Тл. Эксперимент показал, что вблизи Т_С сосуществуют 3 различных состояния магнитной системы: (i) флуктуации спиновой спирали, беспорядочно ориентированные с волновым вектором k_F; (ii) коническая спираль с k_C || H и (iii) гексагональная скирмионная решетка с k_H ^ H. Предполагается проверить гипотезу о корреляцию между появлением спиновых флуктуаций и образования скирмионной решетки. Такие исследования сегодня являются актуальной проблемой, они должны ответить на вопрос о том, что порождает скирмионную решётку соединениях типа В20 и как происходит формирование этой решётки.

[1] S. Muhlbauer, B. Binz, F. Jonietz, C. Pfleiderer, A. Rosch, A. Neubauer, R. Georgii, and P. Boni, Science 323, 915 (2009).

[2] S. V. Grigoriev, N.M. Potapova, E. V. Moskvin at el., JETP Letters 100, 3, 238-243 (2014).