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.
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.