КЛЮЧЕВЫЕ ПРОЕКТЫ НАУЧНОЙ ЛАБОРАТОРИИ:

ПРОЕКТ 1: «МИКРОСКОПИКА» – РАЗРАБОТКА МИКРОСКОПИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СИЛЬНОКОРРЕЛИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Основной целью проекта «МИКРОСКОПИКА» является разработка микроскопических моделей электронной структуры и энергетического спектра широкого класса сильнокоррелированных соединений типа 3d оксидов, микроскопических механизмов формирования оптических, магнитных, магнитоэлектрических, резонансных, кинетических и др. свойств, формирование научно-обоснованных подходов к поиску и синтезу новых функциональных материалов.
Основными перспективными задачами проекта являются:
1. Развитие квантовохимических кластерных методов анализа и расчетов электронной структуры и энергетического спектра сильнокоррелированных соединений на основе переходных металлов.
2. Разработка псевдоспинового формализма для описания фазовых диаграмм и спектра возбуждений сильнокоррелированных систем со смешанной валентностью.
3. Развитие метода квантового Монте-Карло для описания систем со смешанной валентностью.
4. Развитие в рамках атомно-молекулярного подхода теории электронно-дырочной Бозе жидкости (EHBL) – нового фазового состояния сильнокоррелированных соединений на основе 3d ионов, предложенного ранее в ряде работ руководителя проекта.
5. Разработка микроскопической теории высокотемпературных сверхпроводников типа купратов и ферропниктидов.
6. Разработка микроскопической теории магнитоэлектрических эффектов в соединениях на основе 3d-оксидов и рекомендаций по поиску перспективных мультиферроиков.
7. Описание в рамках единой кластерной модели оптических переходов с переносом заряда в широком классе 3d-оксидов.
8. Объяснение оптических, магнитных и резонансных (ЯМР, ЯГР, ЯКР, ЭПР) свойств широкого класса низкоразмерных купратов.
Новизна и актуальность . Описание электронной структуры и энергетического спектра сильнокоррелированных 3d-систем с развитыми зарядовыми флуктуациями требует разработки и применения целого комплекса различных теоретических моделей и подходов. Наиболее эффективным в описании локальных состояний таких систем оказывается обобщенный атомно-молекулярный, или квантовохимический подход, основанный на выделении катион-анионного кластера и использовании достаточно хорошо разработанных в квантовой химии методов расчета электронной структуры. В целом атомно-молекулярный подход объединяет теорию многоэлектронного атома, теорию кристаллического поля и поля лигандов, метод молекулярных орбиталей и теорию переноса заряда.

ПРОЕКТ 2. «КИРАЛЬНЫЕ МАГНЕТИКИ» – ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ С КИРАЛЬНЫМ ГЕЛИМАГНИТНЫМ ПОРЯДКОМ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ПРЕДСКАЗАНИЕ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УСТРОЙСТВ СПИНТРОНИКИ
Основной целью проекта «Киральные магнетики» является детальное исследование физических свойств гелимагнетиков с антисимметричным обменом Дзялошинского-Мория и проверка теоретических предсказаний функциональных свойств новых соединений, которые могли бы быть использованы при разработке устройств спинтроники.
Новизна и актуальность. Перспективным направлением дальнейшего развития спинтроники является использование магнетиков с киральным гелимагнитным порядком. В связи с этим основной задачей предлагаемого проекта является: (1) Поиск и синтез новых соединений с различными магнитными структурами, детальное исследование новых материалов с киральным гелимагнитным порядком. (2) Теоретическое предсказание на основе функциональных свойств материалов с киральным гелимагнитным порядком новых явлений, которые могли бы составить основу будущих устройств спинтроники.

ПРОЕКТ 3: «ЭЛЕКТРОННЫЕ КОРРЕЛЯЦИИ В ФЕРМИ-ЖИДКОСТИ» – ФЕРМИ-ЖИДКОСТНОЕ ОПИСАНИЕ МЕЖЭЛЕКТРОННЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ПРОВОДЯЩИХ ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
Цель проекта - развитие теоретического описания проявлений межэлектронного взаимодействия в низкотемпературных термодинамических и кинетических свойствах проводящих материалов. Выяснение условий возникновения спин-поляризованных состояний и исследование магнитных, тепловых, акустических, концентрационных, кинетических гальваномагнитных и термомагнитных характеристик.
Новизна и актуальность. В веществах сложного состава, включающего переходные элементы, нередко наблюдаются аномально резкие и немонотонные низкотемпературные зависимости, которые отражают существование определенных особенностей (пиков, псевдощелей) электронной плотности состояний в окрестности энергии Ферми. Конкретно речь идет прежде всего о полупроводниках с примесями переходных элементов в условиях гибридизации электронных состояний и спонтанной спиновой поляризации электронной системы. В такого рода эффектах влияние межэлектронного взаимодействия имеет принципиальный характер, как в количественном, так и в качественном отношении. Решение связанных с этим проблем актуально не только в силу принципиальной важности правильного понимания происходящих физических процессов, но и благодаря перспективам технических применений данных материалов.
Поставленные в проекте задачи относятся к кругу актуальных проблем, возникших при описании особенностей температурных, магнитных, концентрационных зависимостей термодинамических и кинетических характеристик проводящих кристаллов (металлов, узкощелевых и бесщелевых полупроводников). В веществах сложного состава, включающего переходные элементы, нередко наблюдаются аномально резкие и немонотонные низкотемпературные зависимости, которые отражают существование определенных особенностей (пиков, псевдощелей) электронной плотности состояний в окрестности энергии Ферми. Такие вещества привлекают к себе особое внимание, поскольку имеют перспективы технического применения.

ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ НАУЧНОЙ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НАУЧНОЙ ЛАБОРАТОРИИ
Проект направлен на решение одной из наиболее актуальных проблем физики конденсированного состояния и материаловедения - выяснение природы формирования и разработку теории необычных физических свойств сильнокоррелированных электронных систем на основе переходных элементов (в частности, купратов, манганитов, ферритов,…), являющихся перспективными материалами для создания высокотемпературных сверхпроводников, материалов наноэлектроники, спинтроники, других функциональных материалов. Будут разработаны научно-обоснованные рекомендации по поиску и синтезу функциональных материалов нового поколения. В рамках работы над проектом будут подготовлены высококвалифицированные специалисты – магистры, аспиранты, защищены кандидатские и докторские диссертации. Результаты научных исследований будут опубликованы в ведущих россиских и международных изданиях, использованы для подготовки и внедрения новых специальных курсов и магистерских программ, издания научно-учебно-методической литературы.