Studium magnetismu a obor zvaný krystalografie jsou na první pohled nesouvisející disciplíny. U některých typů magnetických látek však dochází, především za nízkých teplot, k periodickému uspořádání magnetických momentů. Na záznamu neutronové difrakce se toto uspořádání projeví jako dodatečné píky, z jejichž poloh a intenzit lze orientaci magnetických momentů zpětně zjistit. Právě zde se protínají magnetické studie a krystalografie.
Studium magnetismu a obor zvaný krystalografie jsou na první pohled nesouvisející disciplíny. U některých typů magnetických látek však dochází, především za nízkých teplot, k periodickému uspořádání magnetických momentů. Na záznamu neutronové difrakce se toto uspořádání projeví jako dodatečné píky, z jejichž poloh a intenzit lze orientaci magnetických momentů zpětně zjistit. Právě zde se protínají magnetické studie a krystalografie.
Autoři programu Jana, který je vyvíjen ve FZU jako univerzální nástroj pro pokročilou krystalografickou strukturní analýzu, začali s implementací metod potřebných pro výpočty magnetických struktur před více než deseti lety. Pracovali v konkurenci dobře zavedených globálně využívaných programů, především programu FullProf, ale zavedli do výpočtu téměř nevyužívaný koncept magnetické symetrie a postavili tak výpočty na rigorózně krystalografickém principu. Využili fakt, že program Jana obsahuje mocné nástroje pro výpočty modulovaných struktur, dvojčat a multifází, rozšířili koncept magnetické symetrie na superprostor, implementovali do programu algoritmus pro analýzu symetrie a umožnili relativně snadný výpočet modulovaných magnetických struktur a souběžný výpočet magnetických a nukleárních struktur z různých zdrojů dat. Program Jana začal být v posledních letech široce využívaný na neutronových zdrojích právě pro výpočty magnetických struktur.
Práce publikovaná v březnu 2020 v časopisu Science je ukázkou, že vývoj krystalografických výpočtů je důležitý i pro špičkový fyzikální výzkum1. Článek se zabývá možnostmi uspořádání magnetických momentů ve struktuře intermetalického krystalu HoAgGe, který svou strukturou splňuje požadavky na planární frustrované uspořádání magnetických momentů v tzv. kagomé mřížce atomů Holmia. Ačkoli vědečtí pracovníci z FZU se v této práci nepodíleli na přípravě látek ani na konceptu článku, práce by bez jejich výpočetních metod vznikala jen obtížně. Všechny modely magnetického uspořádání měřené při různých teplotách a různé síle magnetického vnějšího pole byly totiž získány reprezentační analýzou a upřesňováním magnetické struktury programem Jana2006. Na druhé straně, díky experimentálnímu výzkumu na uvedených magnetických strukturách došlo k dalšímu vylepšování programu Jana. Tato zpětná vazba je hlavním motorem vývoje programu po celou dobu jeho existence.
Článek se zabývá možnostmi uspořádání magnetických momentů ve struktuře intermetalického krystalu HoAgGe (Zhao et al., 2020).
Literatura:
[1] K. Zhao, H. Deng, H. Chen, K. A. Ross, V. Petříček, G. Günther, M. Russina, V. Hutanu, P. Gegenwart, Realization of the kagome spin ice state in a frustrated intermetallic compound, Science 367 (2020), 6483, 1218-1223.