Со 2-го по 8 октября 2017 года лаборант-исследователь ОИКС (НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ) Кучугура Мария Дмитриевна при посильной поддержке заведующего лабораторией исследования материалов ОИКС Курбакова Александра Ивановича провела эксперименты на двух порошковых нейтронных дифрактометрах, размещенных на нейтронном источнике SINQ в Институте Поля Шеррера (PSI) в Швейцарии.

Исследованы три вида новых соединений типа A¹⁺₂Mn⁴⁺Te⁶⁺O₆ (A = Li, Na, Tl); A²⁺Mn⁴⁺Te⁶⁺O₆ (A = Pb) и A¹⁺₂Mn⁴⁺X⁴⁺O₄ (A = Li, X = Ge), представляющие собой слоистые фрустрированные магнетики с треугольной конфигурацией магнитных ионов Mn в слое, разнообразным окружением внутри слоя, разным межслойным пространством, сформированным AO₆ октаэдрами и AO₄ тетраэдрами и различными типами упаковок магнитных слоев. Общим для всех образцов является то, что магнитная подсистема ионов марганца базируется на треугольной геометрии. Треугольная магнитная решетка в присутствии антиферромагнитных взаимодействий может быть фрустрирована, так как существует конфликт во взаимодействиях между ближайшими соседями. Это обеспечивает многообразие путей обменных магнитных взаимодействий и реализацию различных квантовых состояний при низких температурах. Основной целью настоящего исследования и является установление основных квантовых состояний для всех представленных квазидвумерных соединений.

В качестве примера для соединения Li₂MnGeO₄ показаны укладки тетраэдров LiO₄, MnO₄ и GeO₄ в слоях и расположение магнитного иона Mn по отношению к другим Mn соседям.

Дифрактометр высокого разрешения HRPT (λ = 1.49 и 1.89 Å) позволил уточнить кристаллическую структуру, возможность замещений Mn/Te(Ge) в эквивалентных позициях и типы таких замещений. Разница в степенях окисления Mn и Te существенная (4 и 6), но зато размеры очень близки, в то время как у Mn и Ge практически совпадают и степени окисления и размеры. Также измерения на HRPT при Т ≈ 2 К позволяют определить типы спиновых упорядочений в основном состоянии. Дифрактометр на холодных нейтронах DMC (λ = 2.46 Å) дает возможность уточнить типы спиновых упорядочений и их температурную эволюцию.

Полученные экспериментальные результаты позволяют оптимистично смотреть на решение поставленных физических задач и определяют пути дальнейших исследований. В качестве примера приведены фрагменты экспериментальных нейтронограмм на малых углах дифракции, полученные для четырех температур на дифрактометре DMC на соединении Li₂MnGeO₄, демонстрирующие изменение интенсивностей магнитных рефлексов и появление критического магнитного рассеяния.