Oblasť výskumu: (experimentálne) štúdium amorfných polovodičov na báze As2S3 pri nízkych teplotách. Interpretácia experimentálnych dát tepelnej kapacity z pohľadu modelu fraktónových excitácií. Fraktóny v kvázičasticovom formalizme zodpovedajú vibráciam fraktálov - náhodných zhlukov atómov-klastrov, ktoré sú charakteristické pre štruktúru amorfných materiálov.
Ďalšou oblasťou záujmu sú (kvázi)nízkorozmerné magnetické materiály a ich mriežkový podsystém. Zaoberáme sa nasledovnými materiálmi:

Heisenbergovské reťazce so spinom 1 (na báze iónu niklu) kde skúmame vplyv kryštálového poľa na základný stav zahŕňajúci tzv. large-D systémy (napr. NENC), Haldanove systémy (NENP) a XY systémy (CsNiF₃).

Isingovské reťazce a roviny s efektívnym spinom 1/2 na báze iónov vzácnych zemín (AR(MoO₄)₂, A=Cs,K, R=Dy, Gd, Lu, Er) kde vyšetrujeme vplyv dipólovej interakcie, kryštálového poľa a mriežkových vibrácií na stav nízkorozmerného magnetického systému. Ako prví sme na systéme KEr(MoO₄)₂ ukázali možnosť aplikácie veľkého rotačného kryo magneto-kalorického javu bez potreby fázového prechodu.

metaloorganické siete (MOF) –silne porézne materiály na báze prechodového kovu

Heisenbergovské dvojrozmerné systémy s priestorovo anizotrópnou štvorcovou mriežkou a spinom 1/2. V takýchto mriežkach má centrálny spin štyroch najbližších susedov s ktorými môže interagovať nasledovne:

1. s rovnako silnou výmennou interakciou J (štvorcová mriežka)
2. s dvoma susedmi oproti interaguje cez J a s ďalšímí dvoma oproti cez J’ (dvojrozmerný súbor viazaných reťazcov=obdĺžniková mriežka)
3. s dvoma priľahlými susedmi interaguje cez J a s ďalšímí dvoma priľahlými susedmi cez J’ (dvojrozmerný súbor viazaných cik-cak reťazcov = cik-cak štvorcová mriežka, dvojrozmerný súbor viazaných tetramérov,….)
4. s jedným susedom interaguje cez J a ďalšími troma cez J’ (rôznym spôsobom dimerizovaná štvorcová mriežka)

Rotáciou základných klastrov (2J’+2J, J’+3J, J+3J’) je možné dostať veľký počet dvojrozmerných mriežok, ktoré sa navzájom líšia charakterom základného stavu (usporiadaný kolineárny Néelov stav, S=0 nemagnetický stav) a vlastnosťami pri konečných teplotách. Výskum takýchto priestorovo anizotrópnych mriežok nemá dlhú tradíciu, keďže z teoretického hľadiska donedávna bolo náročné robiť výpočty na veľkých mriežkach, aby sa vylúčil vplyv “finite size effects”. Z experimentálneho hľadiska sa prvé systémy objavujú tiež pomerne neskoro, keďže chýbajúce teoretické predpovede a obtiažnosť pripraviť kvalitné a dostatočne rozmerné monokryštály neumožňovali robiť presnejšiu identifikáciu systému. V tomto smere sú veľmi nápomocné výpočty z prvých princípov, ktoré na základe znalosti kryštálovej štruktúry umožnia výpočet interakčných konštánt Ji okolo centrálneho atómu. Takýmto zložitým procesom poplatným uvedeným možnostiam prechádzalo aj naše štúdium zlúčeniny Cu(en)(H₂O) ₂SO₄ (CUEN), (en=C₂H₈N₂)ktorá bola na začiatku identifikovaná ako realizácia priestorovo anizotrópnej trojuholníkovej mriežky v kolineárnej Néelovej fáze, ktorá nesie spoločné črty so štvorcovou mriežkou [1]. Následné štúdium elektrónovej paramagnetickej rezonancie vyvrátilo túto domnienku a poukázalo na existenciu štvorcovej mriežky a dôležitosť dipólovej interakcie, ktorá je pravdepodobne zodpovedná za interakciu medzi magnetickými rovinami a ich následné 3d usporiadanie pri teplote 0.9 K [2]. Až výpočty z prvých princípov ukázali, že CUEN je prvou realizáciou cik-cak štvorcovej mriežky, čo potvrdili aj analýzy termodynamických dát v rámci uvedeného modelu, pričom teoretické predpovede boli numericky vypočítané metódou kvantového Monte Carlo pre mriežky 120x120 spinov [3]. V tejto práci sme okrem iného ukázali, že aj v takejto mriežke magnetické pole indukuje kvantové spinové víry a s tým súvisiaci Berezinskii-Kosterlitz-Thoulessov (BKT) fázový prechod teoreticky predpovedaný pre ideálnu štvorcovú mriežku. V súvislosti s vírmi, BKT prechod je pozorovaný aj v supravodičoch v magnetickom poli a supratekutom héliu v neinerciálnej sústave. Najnovšie teoretické práce ukazujú, že CUEN je vhodný systém na pozorovanie spinového Nernstovho efektu. Navyše, zámenou skupiny H₂O za en vzniká zlúčenina Cu(en) ₂SO₄, ktorá sa vyznačuje silne dimerizovanou štvorcovou mriežkou, ktorej spinový podsystém prechádza do usporiadaného stavu až v magnetických poliach nad 7 T.
Na príklade analýzy exp. dát CuenCl₂ vypracovali postup ako je možné napriek silnému vplyvu medzirovinných interakcií pri aplikácii magnetických polí vyšších ako je saturačné pole vyextrahovať informáciu o nízkorozmernom magnetizme ak je k dispozícii dostatok teoretických predpovedí [4].
Navyše bolo zistené, že heisenbergovské modely na cik-cak štvorcovej mriežke a obdĺžnikovej mriežke sú rovnocenné tak v základnom stave ako aj pri konečných teplotách, v nulovom aj v nenulovom magnetickom poli. Preto táto ekvivalencia neumožní rozlíšiť o aký reálny systém sa jedná, pokiaľ sa neurobia výpočty z prvých princípov.

[1] M. Kajňaková, M. Orendáč, A. Orendáčová, et al., Phys. Rev. B 71, 014435 (2005).
[2] R. Tarasenko, A. Orendáčová, E. Čižmár et al, Phys. Rev. B 87, 174401 (2013).
[3] L. Lederová, A. Orendáčová, J. Chovan et al, Phys. Rev. B 95, 054436 (2017).
[4] L. Lederová, A. Orendáčová, R. Tarasenko, et al, Phys. Rev. B 100, 134416 (2019).

Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach,, 1984, Fyzika kondenzovaných látok a akustika

Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, Prírodovedecká fakulta, 1986, Fyzika kondenzovaných látok a akustika

Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, Prírodovedecká fakulta, 1999, Fyzika kondenzovaných látok a akustika

Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, Prírodovedecká fakulta, 2012, Fyzika kondenzovaných látok a akustika

Univerzita Komenského, Fakulta matematiky, fyziky a informatiky, 2007, Fyzika kondenzovaných látok a akustika