Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент

Детальное теоретическое исследование аномального магнитообъемного эффекта в обменно-усиленном парамагнетике YCo₂ выполнено на основе DFT расчетов электронной структуры во внешнем магнитном поле и дополнено экспериментальными данными о поведении магнитной восприимчивости χ в условиях высокого гидро...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Журавлёва, И.П., Гречнев, Г.Е., Панфилов, А.С., Лёгенькая, А.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2017
Schriftenreihe:	Физика низких температур
Schlagworte:	К 70-летию со дня рождения С.Л. Гнатченко
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/129499
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент / И.П. Журавлёва, Г.Е. Гречнев, А.С. Панфилов, А.А. Лёгенькая // Физика низких температур. — 2017. — Т. 43, № 5. — С. 748-753. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-129499
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1294992018-01-20T03:04:22Z Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент Журавлёва, И.П. Гречнев, Г.Е. Панфилов, А.С. Лёгенькая, А.А. К 70-летию со дня рождения С.Л. Гнатченко Детальное теоретическое исследование аномального магнитообъемного эффекта в обменно-усиленном парамагнетике YCo₂ выполнено на основе DFT расчетов электронной структуры во внешнем магнитном поле и дополнено экспериментальными данными о поведении магнитной восприимчивости χ в условиях высокого гидростатического давления. Результаты расчетов магнитной восприимчивости и величины магнитообъемного эффекта dlnχ/dlnV находятся в разумном согласии с данными эксперимента и свидетельствуют о близости соединения YCo₂ к ферромагнитной неустойчивости. Детальне теоретичне дослідження аномального магнітооб’ємного ефекту в обмінно-посиленому парамагнетику YCo₂ виконано на основі DFT розрахунків електронної структури в зовнішньому магнітному полі і доповнено експериментальними даними про поведінку магнітної сприйнятливості χ в умовах високого гідростатичного тиску. Результати розрахунків магнітної сприйнятливості та величини магнітооб’ємного ефекту dlnχ/dlnV знаходяться в розумній згоді з даними експерименту і свідчать про близькість сполуки YCo₂ до феромагнітної нестійкості. A detailed theoretical study of the anomalous magnetovolume effect in the exchange-enhanced itinerant paramagnet YCo₂ was carried out based on DFT calculations of the electronic structure in an external magnetic field and further complemented with the experimental data on the behavior of the magnetic susceptibility χ under high hydrostatic pressure. The calculations of the magnetic susceptibility and magnetovolume effect dlnχ/dln V are in reasonable agreement with the experimental data, indicating the proximity of YCo₂ to the ferromagnetic instability. 2017 Article Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент / И.П. Журавлёва, Г.Е. Гречнев, А.С. Панфилов, А.А. Лёгенькая // Физика низких температур. — 2017. — Т. 43, № 5. — С. 748-753. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 71.20.Eh, 71.15.Mb, 75.80.+q http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/129499 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	К 70-летию со дня рождения С.Л. Гнатченко К 70-летию со дня рождения С.Л. Гнатченко
spellingShingle	К 70-летию со дня рождения С.Л. Гнатченко К 70-летию со дня рождения С.Л. Гнатченко Журавлёва, И.П. Гречнев, Г.Е. Панфилов, А.С. Лёгенькая, А.А. Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент Физика низких температур
description	Детальное теоретическое исследование аномального магнитообъемного эффекта в обменно-усиленном парамагнетике YCo₂ выполнено на основе DFT расчетов электронной структуры во внешнем магнитном поле и дополнено экспериментальными данными о поведении магнитной восприимчивости χ в условиях высокого гидростатического давления. Результаты расчетов магнитной восприимчивости и величины магнитообъемного эффекта dlnχ/dlnV находятся в разумном согласии с данными эксперимента и свидетельствуют о близости соединения YCo₂ к ферромагнитной неустойчивости.
format	Article
author	Журавлёва, И.П. Гречнев, Г.Е. Панфилов, А.С. Лёгенькая, А.А.
author_facet	Журавлёва, И.П. Гречнев, Г.Е. Панфилов, А.С. Лёгенькая, А.А.
author_sort	Журавлёва, И.П.
title	Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент
title_short	Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент
title_full	Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент
title_fullStr	Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент
title_full_unstemmed	Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент
title_sort	магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике yco₂: теория и эксперимент
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate	2017
topic_facet	К 70-летию со дня рождения С.Л. Гнатченко
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/129499
citation_txt	Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент / И.П. Журавлёва, Г.Е. Гречнев, А.С. Панфилов, А.А. Лёгенькая // Физика низких температур. — 2017. — Т. 43, № 5. — С. 748-753. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
series	Физика низких температур
work_keys_str_mv	AT žuravlëvaip magnitoobʺemnyjéffektvobmennousilennomzonnomparamagnetikeyco2teoriâiéksperiment AT grečnevge magnitoobʺemnyjéffektvobmennousilennomzonnomparamagnetikeyco2teoriâiéksperiment AT panfilovas magnitoobʺemnyjéffektvobmennousilennomzonnomparamagnetikeyco2teoriâiéksperiment AT lëgenʹkaâaa magnitoobʺemnyjéffektvobmennousilennomzonnomparamagnetikeyco2teoriâiéksperiment
first_indexed	2025-07-09T11:37:10Z
last_indexed	2025-07-09T11:37:10Z
_version_	1837169148980887552
fulltext	Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2017, т. 43, № 5, c. 748–753 Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo2: теория и эксперимент И.П. Журавлёва, Г.Е. Гречнев, А.С. Панфилов, А.А. Лёгенькая Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины пр. Науки, 47, г. Харьков, 61103, Украина E-mail: izhuravleva@ilt.kharkov.ua Статья поступила в редакцию 5 сентября 2016 г., опубликована онлайн 24 марта 2017 г. Детальное теоретическое исследование аномального магнитообъемного эффекта в обменно-уси- ленном парамагнетике YCo2 выполнено на основе DFT расчетов электронной структуры во внешнем магнитном поле и дополнено экспериментальными данными о поведении магнитной восприимчивости χ в условиях высокого гидростатического давления. Результаты расчетов магнитной восприимчивости и величины магнитообъемного эффекта d lnχ/d lnV находятся в разумном согласии с данными эксперимен- та и свидетельствуют о близости соединения YCo2 к ферромагнитной неустойчивости. Детальне теоретичне дослідження аномального магнітооб’ємного ефекту в обмінно-посиленому пара- магнетику YCo2 виконано на основі DFT розрахунків електронної структури в зовнішньому магнітному полі і доповнено експериментальними даними про поведінку магнітної сприйнятливості χ в умовах ви- сокого гідростатичного тиску. Результати розрахунків магнітної сприйнятливості та величини магнітооб’ємного ефекту d lnχ/d lnV знаходяться в розумній згоді з даними експерименту і свідчать про близькість сполуки YCo2 до феромагнітної нестійкості. PACS: 71.20.Eh Редкоземельные металлы и сплавы; 71.15.Mb Теория функционала плотности, приближение локальной плотности, градиент и дру- гие поправки; 75.80.+q Магнитомеханические и магнитоэлектрические эффекты, магнитострикция. Ключевые слова: YCo2, обменно-усиленный зонный парамагнетизм, магнитообъемный эффект. 1. Введение Интерметаллические соединения RCo2 характеризу- ются большим разнообразием магнитных свойств [1–4], которые тесно связаны с особенностями их электрон- ной структуры и иерархией R–R, Co–Co и R–Co об- менных взаимодействий [5]. Свойства соединений с немагнитными элементами R = Y, Lu определяются преимущественно подсистемой кобальта, детальное изучение которых важно для анализа свойств всего семейства RCo2. Соединение YCo2 известно как обменно-усиленный парамагнетик Паули, в котором экспериментально на- блюдался метамагнитный переход системы коллекти- визированных электронов в ферромагнитную фазу в магнитных полях порядка 70 Tл [1]. Для этого соеди- нения характерны сильная температурная зависимость магнитной восприимчивости ( )Tχ с максимумом при 230T  К [1,2], а также большой магнитострикцион- ный эффект [1,4]. Близость соединения к ферромаг- нитной неустойчивости проявляется в сильной чувстви- тельности его магнитных свойств к легированию [4,6,7] и воздействию высокого давления [8,9]. Отметим также экспериментальное обнаружение ферромагнитного упорядочения в приповерхностных слоях (111) моно- кристалла YCo2 [10]. В данной работе с целью рассмотрения возможно- сти количественного описания величины магнитообъ- емного эффекта в рамках зонного подхода проведены детальные расчеты электронной структуры и парамаг- нитной восприимчивости YCo2, включая их зависи- мость от объема элементарной ячейки, используя при- ближение функционала электронной плотности (DFT). Полученные теоретические результаты дополнены данными экспериментального исследования влияния на магнитную восприимчивость высокого гидростати- ческого давления. © И.П. Журавлёва, Г.Е. Гречнев, А.С. Панфилов, А.А. Лёгенькая, 2017 Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo2: теория и эксперимент 2. Расчеты электронной структуры и магнитной восприимчивости соединения YCо2 Соединение YCo2 имеет кристаллическую структуру типа C15 (кубическая фаза Лавеса). Расчеты электронной структуры проводились с использованием модифици- рованного релятивистского метода LMTO с полным по- тенциалом (FP–LMTO, реализация RSPt [11–13]) и мето- да линеаризованных присоединенных плоских волн с полным потенциалом (FP–LAPW, реализация Elk [14])). Обменно-корреляционный потенциал учитывался в рамках приближения локальной плотности (LSDA) [14] теории функционала плотности. Для расчетов элек- тронной структуры соединения YCo2 использовались разложения по сферическим гармоникам базисных волновых функций внутри «muffin-tin» сфер с сохра- нением значений главного n и орбитального l кванто- вых чисел, соответствующих внешним электронным оболочкам атомов Y и Co. Согласно результатам настоящих расчетов, мини- мальная полная энергия YCo2 соответствует парамаг- нитной фазе. С целью анализа магнитоупругих свойств соединения YCo2 были проведены расчеты объемной зависимости полной электронной энергии tot ( )E V . Мо- дуль всестороннего сжатия B рассчитан путем пара- метризации tot ( )E V с использованием известного уравнения Мурнагана: 1 0 0 tot 0 0 ( / ) ( ) = , 1 1 BBV V V V BE V E B B V B ′− ′ + + −  ′ ′ ′− −  (1) где 0= ( )B B V . Уравнение Мурнагана основано на пред- положении, что производная модуля всестороннего сжатия B по давлению B′ является константой. Рассчи- танное по (1) в рамках метода FP–LMTO–LSDA значе- ние объемного модуля упругости theorB для YCo2 со- ставляет 1,40 Мбар, что находится в разумном согласии с экспериментальными данными, exp 1,15B  Мбар [9], учитывая известную тенденцию завышения значений B , вычисляемых в рамках приближения DFT–LSDA [12]. Полная ( ( )N E ) и парциальные плотности электрон- ных состояний (DOS) YCo2 в окрестности энергии Ферми FE представлены на рис. 1. Существенная осо- бенность электронного спектра соединения YCo2 — сильная гибридизация 3d-состояний Co и 4d-состоя- ний Y, при этом уровень Ферми находится вблизи локального минимума ( )N E , несколько выше узкого и высокого пика DOS, в котором доминируют d-сос- тояния кобальта. В настоящей работе проведены также расчеты спин- поляризованной электронной структуры соединения YCo2 во внешнем магнитном поле Н = 10 Tл методом FP–LMTO, согласно [11,13]. При этом влияние внеш- него магнитного поля на электронную структуру пара- магнитной фазы учитывалось самосогласованным об- разом в рамках локального приближения LSDA [15] путем включения в гамильтониан FP–LMTO оператора Зеемана: ˆˆ= (2 ),Z Bµ +H s l (2) где ŝ — оператор спина и l̂ — оператор орбитального углового момента. Вычисленные во внешнем поле H индуцированные спиновый и орбитальный магнитные моменты позволили получить соответствующие ком- поненты магнитной восприимчивости spinχ и orbχ пу- тем дифференцирования по полю индуцированных намагниченностей. Расчетные зависимости спиновой, орбитальной и полной магнитной восприимчивости соединения YCo2 от параметра кубической кристалли- ческой решетки представлены на рис. 2 и показывают доминирующую роль в магнетизме спинового вклада. Необходимо заметить, что для систем с большим обменным усилением спинового парамагнетизма спин- поляризованные FP–LMTO–LSDA расчеты во внеш- нем поле становятся неустойчивыми. Это обусловлено неизбежными вариациями кристаллического потенциала в процессе самосогласования, когда данный процесс мо- жет выйти за пределы парамагнитного отклика на внеш- нее поле и сойтись к локальному минимуму полной энергии для спонтанного значения магнитного момента. В целях оценки спиновой восприимчивости систем, близких к ферромагнитному состоянию, может быть использована схема расчетов спин-поляризованной зонной структуры с фиксированными спиновыми мо- ментами (FSM) [16–18]. В рамках этой схемы в ходе Рис. 1. Плотность электронных состояний (DOS) и ее парци- альные вклады в соединении YCo2. Сплошная линия — пол- ная DOS, пунктирная — вклад d-состояний кобальта, штрих- пунктирная — вклад d-состояний иттрия. Уровень Ферми показан вертикальной линией. Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2017, т. 43, № 5 749 И.П. Журавлёва, Г.Е. Гречнев, А.С. Панфилов, А.А. Лёгенькая самосогласованных расчетов вычисляется зависи- мость полной энергии от величины фиксированных моментов ( )E M , а магнитная восприимчивость может быть затем найдена [17] как: 2 2= / = 1/( / ).M H E Mχ ∂ ∂ ∂ ∂ (3) Стационарные решения в схеме FSM соответствуют локальным минимумам на кривых ( )E M , причем, если минимум встречается при конечном M , то имеется ферромагнитное основное состояние, а если минимум находится при = 0M , то система имеет парамагнитное основное состояние. FSM метод был использован нами в рамках форма- лизма FP–LAPW, реализация Elk [14]. Установлено, что расчеты по схеме FSM более стабильны при приближе- нии системы к магнитной неустойчивости по сравнению c FP–LMTO–LSDA расчетами в малом внешнем магнит- ном поле. Отметим, однако, что имеющиеся реализации FSM в принципе не позволяют получить или оценить парамагнитный вклад orbχ . Тем не менее вычисление χ в рамках схемы FSM представляется полезным инструмен- том для дополнения и верификации FP–LMTO–LSDA расчетов во внешнем магнитном поле. Результаты расче- та магнитной восприимчивости YCo2 методом FSM в окрестности экспериментального значения параметра решетки представлены на рис. 2 вместе с эксперимен- тальным значением χ. Соответствующие расчетные зна- чения объемной производной магнитной восприимчиво- сти d lnχ/d lnV приведены на рис. 3. 3. Детали эксперимента и результаты Поликристаллический образец соединения YCo2 приготовлялся электродуговой плавкой исходных эле- ментов чистоты 99,9% в атмосфере аргона с после- дующим отжигом при 700 °C в течение двух недель. Структурный анализ методом рентгеновской дифрак- ции показал, что доминирующей фазой является фаза Лавеса C15. Дальнейшее исследование магнитных свойств образца с помощью магнитометра маятнико- вого типа [19] выявило присутствие в нем небольшого количества магнитоупорядоченных примесей, предпо- ложительно обусловленных выпадением свободного кобальта на поверхности образца. Скорректированная на примесный вклад величина собственной восприимчивости образца χ определялась из измеряемой зависимости восприимчивости образца measχ от магнитного поля в рамках выражения meas ( ) = / ,H m Hχ χ + (4) где m — магнитный момент примесной фазы. В облас- ти больших полей, когда величина m достигает насы- щения, эта зависимость является линейной функцией от 1/H , и ее экстраполяция 1/ 0H → дает искомое зна- чение χ. Полученные таким способом оценки χ по дан- ным измерений в полях до 17 кЭ при температуре 78,153 и 300 К приведены в табл. 1 и на рис. 4 вместе с типичной для качественного образца YCo2 температурной зависи- мостью магнитной восприимчивости из работы [6]. Рис. 2. Расчетные зависимости спиновой (), орбитальной () и полной () магнитной восприимчивости соединения YCo2 от параметра кристаллической решетки методом FP–LMTO. () — данные для спиновой восприимчивости методом FSM. () — экспериментальное значение восприимчивости. Стрелкой отмечено экспериментальное значение параметра решетки. Рис. 3. Зависимость объемной производной магнитной вос- приимчивости d lnχ/d lnV в соединении YCo2 от параметра кристаллической решетки. Приведены результаты расчетов методом FP–LMTO ((), пунктирная линия) и методом FSM ((), сплошная линия). () — экспериментальное значение d lnχ/d lnV. Стрелкой отмечено экспериментальное значение параметра решетки. 750 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2017, т. 43, № 5 Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo2: теория и эксперимент Хорошее согласие полученных результатов с лите- ратурными данными свидетельствует о достаточно высоком качестве нашего образца, в котором количе- ство примесной магнитной фазы, по нашим оценкам, составляет несколько сотых процента. Исследования магнитной восприимчивости YCo2 под давлением были проведены с помощью магнито- метра маятникового типа. Образец помещали внутрь небольшой компенсационной катушки, расположенной на нижнем конце стержня маятника. Тогда при вклю- чении магнитного поля величина тока через катушку, при которой магнитометр возвращается в свое исход- ное положение, является мерой магнитного момента образца. Для измерения эффектов давления механиче- ская часть магнитометра располагается непосредст- венно внутри цилиндрической немагнитной барокаме- ры, которая, в свою очередь, помещена в криостат. Измерения под давлением газообразного гелия P до 2 кбар были выполнены в режиме фиксированных температур 78, 153 и 300 К, чтобы исключить влияние на восприимчивость изменений температуры в процес- се приложения или снятия давления. Подробное опи- сание конструкции магнитометра и анализа источни- ков экспериментальных ошибок приведено в работе [19]. Относительная погрешность данных измерений в магнитном поле 17 кЭ не превышала 0,1% . В пределах этой погрешности никаких эффектов гистерезиса в зависимости ( )Pχ не наблюдалось. На рис. 5 приведены типичные экспериментальные зависимости ( )Pχ при Т = 78 и 300 К. Как видно, вели- чина эффекта является линейной функцией P . Соот- ветствующие значения производных восприимчивости по давлению meas meas measln / ( / )/d dP Pχ ≡ ∆χ χ ∆ пред- ставлены в табл. 1 вместе со значениями восприимчи- вости measχ при = 0P . Здесь же приведены скорректи- рованные на примесный вклад значения барической производной восприимчивости, определяемой как meas measln / ( / ) ln /d dP d dPχ = χ χ χ , если пренебречь за- висимостью примесного вклада от давления. Приве- денные в табл. 1 значения производной восприимчивости по объему ln / lnd d Vχ получены из соответствующих значений барической производной ln /d dPχ с использо- ванием экспериментальных данных о сжимаемости YCo2 и ее температурной зависимости из работ [9,20], k = (0,87–0,95) Мбар–1. Таблица 1. Экспериментальные значения магнитной восприимчивости measχ при = 0P (в единицах 610− эме/г) и ее ба- рической производной measl /n Pd dχ (Мбар–1) в соединении YCo2 вместе с соответствующими значениями этих величин с уче- том их коррекции на примесный вклад, χ и d lnχ/dР (см. текст для деталей) T, К χmeas d lnχmeas/dP χ d lnχ/dP d lnχ/d lnV 78 18,9 –12,4±1 15,4 –15,2±1,5 17,5±1,5 153 21,4 –11,7±1 18,5 –13,5±1,5 15,2±1,5 300 21,1 –10,1±0,5 19,2 –11,1±0,7 11,9±0,7 Рис. 4. Температурная зависимость магнитной восприимчи- вости соединения YCo2. () — данные из работы [6]; () — данные настоящей работы при нулевом давлении с учетом примесного вклада (см. текст для деталей). Рис. 5. Зависимость магнитной восприимчивости соединения YCo2 от давления при Т = 78 и 300 К. Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2017, т. 43, № 5 751 И.П. Журавлёва, Г.Е. Гречнев, А.С. Панфилов, А.А. Лёгенькая 4. Обсуждение результатов и заключение Рассчитанное для соединения YCo2 значение плот- ности электронных состояний на уровне Ферми ( ) 2,53FN E  сост./(эВ ф.ед.) может быть использова- но для оценки коэффициента электронной теплоемко- сти calc 6γ  мДж/К2⋅моль и сопоставления с его экспе- риментальным значением exp 36γ  мДж/К2⋅моль [21]: exp calc/γ = (1 ) 6, 5.γ + λ λ  (5) При этом отличие calcγ и expγ обычно объясняют пере- нормировкой эффективных масс одноэлектронного спектра вследствие электрон-фононного взаимодейст- вия, что дает возможность определить соответствую- щий параметр перенормировки λ. Следует, однако, учитывать вклад в λ также спин-флуктуационного сла- гаемого sfλ , el–ph sf=λ λ + λ , которое может быть дос- таточно большим и доминирующим в системах, близ- ких к магнитной неустойчивости [11]. По-видимому, это справедливо для рассматриваемого соединения YCo2, где ряд наблюдаемых явлений качественно со- гласуется с наличием сильных спиновых флуктуаций (см., например, [1,22]). Самосогласованные FP–LMTO–LSDA и FSM расче- ты спин-поляризованной электронной структуры во внешнем магнитном поле дали значения магнитной восприимчивости в YCo2 при = 0T К и расчетных зна- чениях параметра решетки (0) =χ (2,5±0,5)⋅10–3 эме/моль (см. рис. 2), которые разумно согласуются с экспери- ментальными данными 3 exp (0) 2,1 10−χ ⋅ эме/моль, принимая во внимание чувствительность расчетов к выбору равновесного значения параметра решетки. Использованные методы обеспечивают корректный учет неоднородного распределением спиновой плотно- сти в элементарной ячейке и эффектов обменно- корреляционного взаимодействия (см. [11]), что суще- ственно улучшает согласие расчетных данных с экспе- риментом. Согласно проведенным расчетам, определяющим вкладом в магнитную восприимчивость YCo2 явля- ется обменно-усиленный спиновый парамагнетизм spinχ . Приближенная оценка фактора Стонера S, ха- рактеризующая эффект усиления, вытекающая из экспериментального значения магнитной восприим- чивости 3 exp (0) 2,1 10−χ ⋅ эме/моль, с использовани- ем расчетных значений орбитального вклада 3 orb 0,33 10−χ ⋅ эме/моль, и восприимчивости Паули 2 4= ( ) 0,82 10P B FN E −χ µ ⋅ эме/моль, составляет: spin exp orbS / ( (0) )/ 22.P P≡ χ χ χ −χ χ  (6) Отметим, что вследствие большого эффекта обмен- ного усиления спинового парамагнетизма величина восприимчивости YCo2 проявляет сильную зависи- мость от параметра кристаллической решетки a, уси- ливающуюся с ростом a (рис. 2). Вероятно, это обу- словливает реализацию ферромагнитного упорядоче- ния в приповерхностных слоях (111) монокристалла YCo2 [10], где возможны существенные вариации меж- атомного расстояния. Соответствующая эксперимен- тальному значению параметра решетки средняя величи- на объемной производной восприимчивости для Т = 0 К, по данным расчетов методами FP–LMTO–LSDA и FSM, d lnχ/d lnV = 16,5 ± 2 (рис. 3), совпадает в пределах по- грешностей с ее экспериментальным значением d lnχ/dlnV 15 (рис. 6). В заключение отметим, что результаты проведенных в работе детальных расчетов магнитных и магнитообъ- емных свойств YCo2 при Т = 0 К разумно согласуются с экспериментом, что подтверждает адекватность исполь- зованного зонного подхода для описания магнетизма металлических систем, близких к ферромагнитной не- устойчивости. Приведенные в работе для YCo2 теоре- тические оценки при Т = 0 К и экспериментальные данные о величине магнитообъемного эффекта при конечных температурах могут быть использованы при анализе аналогичных свойств двухподрешеточных магнетиков RCo2 для учета в этих системах домини- рующего вклада, обусловленного обменными взаимо- действиями Co–Co. Публикация содержит результаты исследований, проведенных при грантовой поддержке Государствен- ного фонда фундаментальных исследований по кон- курсному проекту «Ф73-24121». Рис. 6. Экспериментальные значения магнитообъемного эффекта d lnχ/d lnV в соединении YCo2 при различных тем- пературах: () и () — оценки по данным магнитострик- ции из работ [4] и [1] соответственно; () — данные рабо- ты [8]; () — настоящая работа. Сплошная линия — приведена для удобства восприятия. 752 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2017, т. 43, № 5 Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo2: теория и эксперимент Авторы выражают благодарность проф. Hitoshi Sugawara за любезное предоставление образца соеди- нения YCo2. Работа выполнена с использованием вычислитель- ных ресурсов грид-кластера ФТИНТ им. Б.И. Веркина НАН Украины, Харьков. 1. E. Gratz and A.S. Markosyan, J. Phys.: Condens. Matter 13, R385 (2001). 2. J.J.M. Franse and R.J. Radwanski, Magnetic Properties of Binary Rare-earth 3d-Transition-Metal Intermetallic Compounds, in: Handbook of Magnetic Materials, Vol. 7, K.H.J. Buschow (ed.), Amsterdam: Elsevier/ North Holland (1993), p. 307. 3. E. Burzo and R. Lemaire, Solid State Commun. 84, 1145 (1992). 4. T. Goto and M.I. Bartashevich, J. Phys.: Condens. Matter 10, 3625 (1998). 5. S. Khmelevskyi and P. Mohn, J. Phys.: Condens. Matter 12, 9453 (2000). 6. K. Yoshimura, M. Mekata, M. Takigawa, Y. Takahashi, and H. Yasuoka, Phys. Rev. B 37 3593 (1988). 7. T. Goto, H. Aruga Katori, T. Sakakibara, H. Mitamura, K. Fukamichi, and K. Murata, J. Appl. Phys. 76, 6682 (1994). 8. J. Voiron, J. Beille, D. Bloch, and C. Vettier, Solid State Commun. 13, 201 (1973). 9. T. Goto and N.V. Mushnikov, J. Magn. Magn. Mater. 226– 230, 956 (2001). 10. Yu.S. Dedkov, C. Laubschat, S. Khmelevskyi, J. Redinger, P. Mohn, and M. Weinert, Phys. Rev. Lett. 99, 047204 (2007). 11. G.E. Grechnev, Fiz. Nizk. Temp. 35, 812 (2009) [Low Temp. Phys. 35, 638 (2009)]. 12. J.M. Wills, M. Alouani, P. Andersson, A. Delin, O. Eriksson, and A. Grechnev, Full-Potential Electronic Structure Method. Energy and Force Calculations with Density Functional and Dynamical Mean Field Theory. Springer Series in Solid-State Sciences, Springer Verlag, Berlin (2010), Vol. 167. 13. http://fplmto-rspt.org/ 14. http://elk.sourceforge.net/ 15. U. von Barth and L. Hedin, J. Phys. C: Solid State Phys. 5, 1629 (1972). 16. K. Schwarz and P. Mohn, J. Phys. F: Met. Phys. 14, L129 (1984). 17. V.L. Moruzzi and P.M. Marcus, Phys. Rev. B 39, 471 (1989). 18. J. Kübler, Theory of Itinerant Electron Magnetism, Oxford University Press (2009). 19. А.С. Панфилов, ФНТ 41, 1318 (2015) [Low Temp. Phys. 41, 1029 (2015)]. 20. M. Brouha and K.H.J. Buschow, J. Phys. F: Metal Phys. 3, 2218 (1973). 21. Y. Muraoka, M. Shiga, and Y. Nakamura, J. Phys. Soc. Jpn. 42, 2067 (1977). 22. S. Hirooka, J. Phys.: Condens. Matter 12, 5669 (2000). Magnetovolume effect in the exchange-enhanced itinerant paramagnet YCo2: theory and experiment I.P. Zhuravleva, G.E. Grechnev, A.S. Panfilov, and A.A. Lyogenkaya The detailed theoretical study of the anomalous magnetovolume effect in the exchange-enhanced itin- erant paramagnet YCo2 was carried out on the basis of DFT calculations of the electronic structure in external magnetic field. This study was complemented with the experimental data of the behavior of magnetic suscep- tibility χ under high hydrostatic pressure. The results of calculations of magnetic susceptibility and the magnetovolume effect d lnχ/d lnV are in a reasonable agreement with the experimental data, indicating the proximity of YCo2 to the ferromagnetic instability. PACS: 71.20.Eh Rare earth metals and alloys; 71.15.Mb Density functional theory, local density approximation, gradient and other cor- rections; 75.80.+q Magnetomechanical effects, magnetostriction. Keywords: YCo2, exchange-enhanced itinerant paramagnetism, magnetovolume effect. Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2017, т. 43, № 5 753 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/13/23/202 http://dx.doi.org/10.1016/S1567-2719(05)80046-0 http://dx.doi.org/10.1016/0038-1098(92)90703-C http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/10/16/014 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/12/45/308 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.37.3593 http://dx.doi.org/10.1063/1.358167 http://dx.doi.org/10.1016/0038-1098(73)90225-1 http://dx.doi.org/10.1016/0038-1098(73)90225-1 http://dx.doi.org/10.1016/S0304-8853(00)00729-0 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.047204 http://dx.doi.org/10.1063/1.3224723 http://dx.doi.org/10.1063/1.3224723 http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-15144-6 http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-15144-6 http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-15144-6 http://dx.doi.org/10.1088/0022-3719/5/13/012 http://dx.doi.org/10.1088/0305-4608/14/7/008 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.39.471 http://dx.doi.org/10.1063/1.4938094 http://dx.doi.org/10.1143/JPSJ.42.2067 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/12/26/313 1. Введение 2. Расчеты электронной структуры и магнитной восприимчивости соединения YCо2 3. Детали эксперимента и результаты 4. Обсуждение результатов и заключение

Магнитообъемный эффект в обменно-усиленном зонном парамагнетике YCo₂: теория и эксперимент

Institution

Ähnliche Einträge