Манганиты - соединения, обладающие структурой перовскита и содержащие марганец, - в настоящее время привлекают большой интерес учёных с точки зрения изучения взаимодействий между магнитными, электронными и структурными фазами в сильнокоррелированных системах. Недавние экспериментальные и теоретические исследования показали, что в манганитах существуют весьма необычные термодинамические фазы.

Рис. 1. Фазовая диаграмма La1- xCaxMnO3.

Манганиты представляют собой оксидные соединения RMnO₃ (R - трёхвалентный редкоземельный ион), обладающие структурой перовскита и содержащие ионы марганца Mn. С точки зрения практического применения, создание элементов спинтроники и увеличение плотности записи информации на магнитные носители, очень интересными являются твёрдые растворы манганитов R_1-xA_xMnO₃ (A - щелочной ион, обычно двухвалентный) проявляющие колоссальное магнитосопротивление (КМС), т.е. увеличение магнитосопротивления на сотни тысяч процентов при комнатных температурах. Здесь стоит отметить, что к классу перовскитов также относятся соединения RBaCuO:123, которые в отличие от манганитов являются высокотемпературными сверхпроводниками.

Однако интерес к манганитам вызван не только их возможным практическим применением, но также и тем, что в этих соединениях наблюдаются магнитное, зарядовое и орбитальное упорядочения, приводящие к образованию различных термодинамических фаз. Т.е. манганиты - это "лаборатории" по изучению взаимодействий между магнитными, электронными и структурными фазами в сильнокоррелированных системах. На рис. 1 приведена фазовая диаграмма типичного представителя манганитов La_1-xCa_xMnO₃. Обычно считается, что возникновение КМС в манганитах связано именно с конкуренцией различных типов упорядочений. Некоторые эксперименты, (например, ядерный магнитный резонанс) показывают сосуществование различных фаз, например, ферромагнитной металлической (FM) и непроводящей ферромагнитной (FI), но механизм возникновения такого фазового расслоения в манганитах до сих пор не ясен. Были предложены модели, в которых фазовое расслоение возникает из-за деформаций кристаллической решётки, были также рассмотрены электронные и магнитопримесные механизмы разделения.

Рис. 2. Фазовая диаграмма, полученная минимизацией свободной энергии в теории Гинзбурга-Ландау.

Недавно проведённый тщательный анализ экспериментальных данных выявил новые комплексные фазы, в которых наблюдается неожиданное одновременное сосуществование двух параметров порядка: магнитного и зарядовой модуляции. Авторы работы [1] показали, что, исходя из теории Гинзбурга- Ландау, в манганитах такие термодинамические фазы должны существовать. Здесь стоит напомнить, что теория Гинзбурга-Ландау позволяет изучать фазовые переходы на феноменологическом уровне и состоит в разложении свободной энергии системы в степенной ряд по параметру порядка (например, по магнитному моменту). Полученная фазовая диаграмма, приведённая на рис. 2, успешно объясняет экспериментальные данные в манганитах вблизи x=0.5. Авторы полагают, что успех данной модели вынуждает пересмотреть наше понимание природы зарядовых модуляций в этих материалах и перейти от рассмотрения локальных эффектов к более широкой картине волн зарядовой плотности.

1. G.C. Milward, M.J. Calderon, and P.B. Littlewood. Nature, v. 433, 607 (2005).

А. Сидоренко