О работах, удостоенных премий ОИЯИ

Интерес к сложным оксидам марганца (манганитам) типа La1-xCaxMnO3 возник в середине 1990-х годов, когда в них был открыт эффект колоссального магнетосопротивления (КМС-эффект). Его суть состоит в том, что электрическое сопротивление материала резко уменьшается, если на него накладывается внешнее магнитное поле. Причиной же уменьшения сопротивления является фазовый переход из диэлектрического в металлическое состояние, температура которого (обычно она лежит в диапазоне от 100 до 200 К) может быть сдвинута наложением магнитного поля. Среди манганитов уже найдены составы, КМС-эффект в которых достигает 104 и больше. Потенциальные технологические приложения таких соединений могут быть весьма разнообразными и исключительно эффективными.

Таким образом, фактически повторилась история с открытием в середине 1980-х годов высокотемпературных сверхпроводников (сложных оксидов меди), вызвавшая беспрецедентный бум активности в физике твердого тела. Совершенно разные по своим внешним проявлениям, эти эффекты высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) и колоссального магнетосопротивления оказались во многом сходными по физическим причинам, лежащими в их основе. Прежде всего, и ВТСП, и КМС оксиды являются соединениями с сильными электронными корреляциями и связанными с ними корреляциями транспортных (электрических), магнитных и структурных свойств. Кроме того, как постепенно выяснилось, ВТСП и КМС оксиды роднит их склонность к образованию разного типа неоднородных состояний. Более того, судя по всему, эта склонность характерна для многих систем с сильными электронными корреляциями, в которых у носителей заряда потенциальная энергия преобладает над кинетической.

В работах, выполненных в ЛНФ, впервые проведено систематическое нейтронографическое исследование обнаруженного на масштабе сотен нанометров фазового расслоения в КМС оксидах марганца, и полученные в них результаты позволили по-новому взглянуть на проблему в целом.

Второй важной составляющей выполненных в ЛНФ экспериментов с оксидами марганца стало изучение изотопического эффекта. Открытый в конце 90-х годов в манганитах гигантский изотопический эффект по кислороду - сдвиг температуры перехода из ферромагнитного, металлического, в антиферромагнитное, диэлектрическое состояние при замене изотопа 16O на 18O - вызвал колоссальный интерес. Достаточно сказать, что в некоторых составах манганитов этот сдвиг может достигать десятков градусов, тогда как в ВТСП он не превышает нескольких градусов.

Точной количественной теории изотопического эффекта в манганитах пока нет. Однако полученный в нейтронных работах важнейший результат: четко продемонстрировано качественное сходство магнитных фазовых диаграмм составов с изотопами 16O и 18O, - позволил сделать ключевое утверждение о перераспределении баланса энергий при смене изотопа как основной причине перехода в другое фазовое состояние. Это сняло некоторый мистический налет, появлявшийся в статьях об изотопическом эффекте в манганитах, и вернуло обсуждение проблемы в более-менее понятное физическое русло.

Эксперименты в ЛНФ стали возможными благодаря сотрудничеству с Химическим факультетом МГУ имени М.В.Ломоносова, где в лаборатории профессора А.Р.Кауля были синтезированы кристаллы оксидов марганца, и с "Курчатовским институтом", где под руководством Н.А.Бабушкиной было проведено изотопическое обогащение образцов и выполнено их предварительное изучение.

В своем отзыве на цикл работ "Магнитная и атомная структура КМС-манганитов: фазовое расслоение и изотопические эффекты", который был представлен на конкурс ОИЯИ по итогам 2003 года и удостоился второй премии, профессор М.Ю.Каган (Институт физических проблем имени П.Л.Капицы, РАН) дал ему высокую оценку. Он отметил, что полученные экспериментальные результаты вызвали большой интерес теоретиков, и выразил мнение, что работы такого значения и качества - не частое событие в российской науке в последнее время.

Профессор А. Балагуров,
начальник сектора ЛНФ