Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅
Проведен анализ экспериментальных и теоретических результатов исследований изоструктурных систем MnFeAsyP₁₋y (0,15 ≤ y ≤ 0,66) и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅(0,5 ≤ x ≤ 1,0) с целью выяснения основных признаков, лежащих в основе механизма различного способа формирования антиферромагнитной фазы при
 анио...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика низких температур |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116832 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ / В.И. Вальков, А.В. Головчан, H. Szymczak, В.П. Дьяконов // Физика низких температур. — 2012. — Т. 38, № 1. — С. 62-68. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860118924287279104 |
|---|---|
| author | Вальков, В.И. Головчан, А.В. Szymczak, H. Дьяконов, В.П. |
| author_facet | Вальков, В.И. Головчан, А.В. Szymczak, H. Дьяконов, В.П. |
| citation_txt | Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ / В.И. Вальков, А.В. Головчан, H. Szymczak, В.П. Дьяконов // Физика низких температур. — 2012. — Т. 38, № 1. — С. 62-68. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика низких температур |
| description | Проведен анализ экспериментальных и теоретических результатов исследований изоструктурных систем MnFeAsyP₁₋y (0,15 ≤ y ≤ 0,66) и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅(0,5 ≤ x ≤ 1,0) с целью выяснения основных признаков, лежащих в основе механизма различного способа формирования антиферромагнитной фазы при
анионном и катионном замещениях в каждой из двух рассматриваемых систем. Показано, что при катионном замещении основным вкладом в механизм изменения типа магнитоупорядоченных фаз в системе
Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ является существенное изменение электронного заполнения магнитоактивной d-зоны.
В системе MnFeAsyP₁₋y c анионным замещением дестабилизация ферромагнитной и возникновение антиферромагнитной фазы при понижении концентрации мышьяка может быть обусловлена особенностями изменения плотности электронных состояний вследствие значительного понижения объема
элементарной ячейки.
Проведено аналіз експериментальних та теоретичних результатів досліджень ізоструктурних систем
MnFeAsyP₁₋y (0,15 ≤ y ≤ 0,66) и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅(0,5 ≤ x ≤ 1,0) з метою визначення ознак, які лежать в
основі механізму різного способу формування антиферомагнітної фази при аніонному та катіонному
заміщеннях в кожній з двох даних систем. Показано що при катіонному заміщенні основним вкладом у
механізм зміни типу магнітовпорядкованих фаз в системі Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ є істотна зміна електронного
заповнення магнітоактивної d-зони. У системі MnFeAsyP₁₋y з аніонним заміщенням дестабілізація
феромагнітної і виникнення антиферомагнітної фази при зниженні концентрації миш'яку може бути
обумовлена особливостями зміни щільності електронних станів внаслідок значного зменшення об'єму
елементарної комірки.
Experimental and theoretical results for MnFeAsyP₁₋y (0,15 ≤ y ≤ 0,66) и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅(0,5 ≤ x ≤ 1,0)
systems have been analysed to determine the factors that
may be a basis of the mechanism by which the antiferromagnetic
phase is formed in each of the two systems.
It is shown that in the case of cation substitution the main
contribution to the mechanism of changing the magnetoordered
phase type in the Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ system is
made by a considerable change of electron filling of the
magnetically active d-band. As for the MnFeAsyP₁₋y 
system with anion substitution, the destabiligation of ferromagnetic
phase and the formation of antiferromagnetic
one with decreasing. As concentration may be due to the
changes in the density of electronic states because of a
considerable reduction of the unit cell volume.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:37:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
© В.И. Вальков, А.В. Головчан, H. Szymczak, В.П. Дьяконов, 2012
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1, c. 62–68
Особенности формирования магнитоупорядоченных
фаз при анионном и катионном замещениях в
системах MnFeAsyP1–y и Mn2–xFexAs0,5P0,5
В.И. Вальков1, А.В. Головчан1,2, H. Szymczak3, В.П. Дьяконов1
1Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
2Донецкий национальный университет, ул. Университетская, 24, г. Донецк, 83001, Украина
3Institute of Physics, PAS, Al. Lotnikow 32/46, Warsaw 02-668, Poland
E-mail: valkov09@gmail.com
Статья поступила в редакцию 21 марта 2011 г., после переработки 10 мая 2011 г.
Проведен анализ экспериментальных и теоретических результатов исследований изоструктурных сис-
тем MnFeAsyP1–y (0,15 ≤ y ≤ 0,66) и Mn2–xFexAs0,5P0,5(0,5 ≤ x ≤ 1,0) с целью выяснения основных призна-
ков, лежащих в основе механизма различного способа формирования антиферромагнитной фазы при
анионном и катионном замещениях в каждой из двух рассматриваемых систем. Показано, что при кати-
онном замещении основным вкладом в механизм изменения типа магнитоупорядоченных фаз в системе
Mn2–xFexAs0,5P0,5 является существенное изменение электронного заполнения магнитоактивной d-зоны.
В системе MnFeAsyP1–y c анионным замещением дестабилизация ферромагнитной и возникновение ан-
тиферромагнитной фазы при понижении концентрации мышьяка может быть обусловлена особен-
ностями изменения плотности электронных состояний вследствие значительного понижения объема
элементарной ячейки.
Проведено аналіз експериментальних та теоретичних результатів досліджень ізоструктурних систем
MnFeAsyP1–y (0,15 ≤ y ≤ 0,66) та Mn2–xFexAs0,5P0,5 (0,5 ≤ x ≤ 1,0) з метою визначення ознак, які лежать в
основі механізму різного способу формування антиферомагнітної фази при аніонному та катіонному
заміщеннях в кожній з двох даних систем. Показано що при катіонному заміщенні основним вкладом у
механізм зміни типу магнітовпорядкованих фаз в системі Mn2–xFexAs0,5P0,5 є істотна зміна електронного
заповнення магнітоактивної d-зони. У системі MnFeAsyP1–y з аніонним заміщенням дестабілізація
феромагнітної і виникнення антиферомагнітної фази при зниженні концентрації миш'яку може бути
обумовлена особливостями зміни щільності електронних станів внаслідок значного зменшення об'єму
елементарної комірки.
PACS: 71.20.Be Переходные металлы и сплавы;
75.50.Ee Антиферромагнетики;
75.30.Fv Волны спиновой плотности.
Ключевые слова: антиферромагнетики, волны спиновой плотности, электронная структура, плотность
электронных состояний.
Введение
Возможность прикладного использования гигант-
ского магнитокалорического эффекта, обнаруженно-
го в системе Mn2–xFexAsyP1–y, послужила стимулом
для интенсивного экспериментального исследования
ее свойств [1]. При этом теоретические работы хотя и
выходят за рамки прикладной мотивации [2–8], но не
акцентируют внимание на качественном различии в
результатах двух направлений исследования этих сис-
тем. Первое [9–13] включает исследования анионного
замещения при постоянном соотношении Mn/Fe, на-
пример MnFeAsyP1–y. Ко второму относятся работы по
катионному замещению при заданном соотношении
As/P (система Mn2–xFexAs0,5P0,5) [4,5]. Объединяет
эти системы наличие высокотемпературного ферро-
Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1 63
магнитного и низкотемпературного антиферромаг-
нитного упорядочений при любом замещении (кати-
онном (0,5 1,0)x≤ ≤ или анионном (0,15 0,66)y≤ ≤ ),
в пределах которого они сохраняют гексагональную
структуру типа Fe2P [4,12]. Однако последователь-
ность возникновения магнитоупорядоченных фаз при
изменении x, y и поведение антиферромагнитных фаз в
сильных магнитных полях различны для систем
MnFeAsyP1–y и Mn2–xFexAs0,5P0,5. В настоящей работе
проводится обобщение и анализ результатов эксперимен-
тальных и теоретических исследований систем
MnFeAsyP1–y (0,15 0,66)y≤ ≤ и Mn2–xFexAs0,5P0,5
(0,5 1,0)x≤ ≤ с целью выяснения причин этих различий.
1. Диаграммы состояний и магнитная структура
ферромагнитой и антиферромагнитной фаз
Одним из обобщающих результатов измерений тем-
пературных зависимостей намагниченности, проведен-
ных нами в системе Mn2–xFexAs0,5P0,5 [4] и авторами
[10] в системе MnFeAsyP1–y, являются фазовые диа-
граммы температура–концентрация, представленные на
рис. 1. Как несложно заметить, они сходны по структуре
и не дают представления о качественных различиях в
формировании антиферромагнитного состояния, кото-
рое возникает слева от общей точки (x = 1, y = 0,5), со-
ответствующей ферромагнитному состоянию.
Прямые измерения магнитных структур методами
нейтронной дифракции проводились M. Bacmann с со-
авторами только при анионном замещении в системе
MnFeAsyP1–y [9]. Согласно их данным, в ферромагнит-
ной фазе магнитные моменты атомов марганца и железа
направлены вдоль гексагональной оси c и составляют
MMn = (2,6–2,9) ,Bμ MFe = (1,0–1,5) Bμ в зависимости
от y. В антиферромагнитной фазе наблюдается сложная
магнитная структура (рис. 2) с вектором распростране-
ния (2 / )[0, , 0].ya q= πQ В зависимости от температу-
ры и состава yq изменяется от 0,293 до 0,35. Магнит-
ные моменты атомов марганца MMn в пирамидальных
позициях лежат в плоскости ac, перпендикулярной к
вектору распространения магнитной структуры *,b и
образуют геликоидальную спираль. Магнитные момен-
ты атомов железа MFe в тетраэдрических позициях на-
правлены вдоль гексагональной оси c и образуют си-
нусоидальную волну спиновой плотности с ампли-
тудой (MFe)ampl = 0,43 ,Bμ что значительно меньше
магнитного момента атомов марганца в ферромагнит-
ной фазе (MMn = 2,41 ).Bμ Структура антиферромаг-
нитного состояния в системе Mn2–xFexAs0,5P0,5, возни-
кающая при 0,6,x ≤ остается неизвестной. Экспе-
риментальные исследования интегральных характе-
ристик 2– 0,5 0,5Mn Fe As Px x позволяют отметить су-
щественные различия между антиферромагнитными
фазами в системах с анионным и катионным замеще-
ниями. Так, согласно работам R. Zach с сотрудниками
[12,13], в антиферромагнитных образцах MnFеAs0,25P0,75,
MnFеAs0,26P0,74 ферромагнитная фаза может стабилизи-
роваться в результате необратимого индуцированного
магнитным полем перехода первого рода AФ–ФM. При
этом намагниченность насыщения индуцированного
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
0
50
100
150
200
250
300
350
y(As)
AФ
ПM
a
T1
TCTN
ФMТ
, К
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
x(Fe)
AФ
ПM
ФM
T1
TN
TC
б
T
, К
Рис. 1. Магнитные фазовые диаграммы систем Mn2–xFexAsyP1–y,
MnFeAsyP1–y [10] (а); Mn2–xFexAs0,5P0,5 [4] (б); ТС, ТN — темпе-
ратуры магнитного фазового перехода беспорядок–порядок
ФM, AФ–фаз ; Т1 — температура переходов порядок–порядок.
b*
Fe(3 )f
c
a
b
a
c
Mn(3 )g
Q =
2�
a (0, , 0)qy
qy = 0,29–0,35
b*
b*
Mn P/As Fe
Рис. 2. Магнитная структура антиферромагнитной фазы
MnFeAs0,2P0,8 по данным нейтронографии [9]. b — вектор
распространения магнитной структуры.
В.И. Вальков, А.В. Головчан, H. Szymczak, В.П. Дьяконов
64 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1
магнитным полем состояния (Mexp на рис. 3,а) пре-
восходит намагниченность насыщения спонтанного
ФM состояния (y = 0,5, y = 0,3).
Как показано нами в [4,5], в системе с катионным
замещением Mn2–xFexAs0,5P0,5 в антиферромагнитном
образце Mn1,5Fe0,5As0,5P0,5 индуцированные магнит-
ным полем переходы порядок–порядок являются об-
ратимыми. При этом согласно измерениям в им-
пульсном магнитном поле [4,5] намагниченность
насыщения индуцированной фазы в два раза меньше
максимального значения намагниченности насыще-
ния ФM состояния, которое спонтанно реализуется в
образце Mn1,2Fe0,8As0,5P0,5 [4,5]. Эти особенности
дополняют основные качественные различия между
зависимостями полного магнитного момента насы-
щения от концентраций железа Mexp(x) и мышьяка
Mexp(y) (рис. 3). Как видно на рис. 3,а, Mexp(y), по-
строенная на основе данных [12,13], возрастает при
уменьшении концентрации мышьяка и приближении
к антиферромагнитной фазе (y < 0,3).
При катионном замещении в системе Mn2–xFexAs0,5P0,5
возрастание Mexp(x), измеренной нами при 77 К [4] и 5 К
[17], продолжается только до x = 0,8. В точке х = 0,8
зависимость Mexp(x) терпит излом и далее монотонно
уменьшается по мере уменьшения концентрации железа
и приближения к антиферромагнитной фазе (рис. 3,б).
Для более глубокого анализа причин качественно
различного формирования низкотемпературных маг-
нитоупорядоченных состояний в системах с катион-
ным Mn2–xFexAs0,5P0,5 и анионным MnFeAsyP1–y заме-
щениями мы будем опираться на результаты расчетов
спин-поляризованной электронной структуры обеих
систем.
2. Электронная структура и детали расчета
Для исследования спин-поляризованной электрон-
ной структуры сплавов Mn2–xFexAs1–yPy нами приме-
нялся полностью релятивистский метод Корринги-
Кона–Ростокера (пакет SPRKKR [13]). При построении
кристаллического потенциала использовалось прибли-
жение атомной сферы. Обменно-корреляционная энер-
гия вычислялась в приближении локальной плотности
без учета градиентных поправок [14].
Рис. 3. Зависимости экспериментальных (Mexp, V) и рассчитанных из первых принципов характеристик Mn2–xFexAsyP1–y от кон-
центрации мышьяка (а) и железа (б). ,NM FM
ddN N — числа электронов в d-зоне в немагнитной (M = 0) и ферромагнитной фазах;
значения Mexp(Δ) взяты из [11], Mexp(○) — [12,13] в перерасчете на элементарную ячейку, значения величины объема элемен-
тарной ячейки V(■) в ФM фазе при Т = 130 К взяты из [12], V(□) для ПM фазы из [11] (а); значения Mexp (▲) взяты из [18] при
Т = 5 К, значения Mexp(Δ) соответствуют экстраполяции намагниченности насыщения к нулевому полю для Т = 19 К при из-
мерениях индуцированных переходов порядок–порядок в [5] (б).
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
9
10
11
12
13
14 M total
M exp
y, As
AФ
ФM
108
110
112
114
116
ФM
ПM
37
38
39
III
II
I
0,4 0,6 0,8 1,0
6
7
8
9
10
11
12
13
14
x, Fe
108
110
112
114
116
37
38
39
III
II
I
N
d
MnFeAs Py y1–
Nd
NM
Nd
FM
V
, Å
3
M
to
ta
l,
μ
B
N
d
M
, μ
B
AФ
M exp ФM
Nd
NM
Nd
FM
M total
Mn Fe As P2– 0,5 0,5x xa б
V
, Å
3
Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1 65
Согласно данным [9,15], в сплавах Mn2–xFexAs1–yPy с
гексагональной кристаллической структурой типа Fe2P
(группа симметрии 62P m – 3
3hD ), при x ≤ 1 атомы ка-
тионов Fe и MnI занимают преимущественно позиции с
тетраэдрическим ( I ≡ 3f, (x(3f), 0, 0)), MnII — с пирами-
дальным ( II ≡ 3g, (x(3g), 0, 1/2)) окружением атомов
анионов — мышьяка и фосфора. Атомы анионов пред-
полагаются равновероятно распределенными по пози-
циям 2c(1/3, 2/3, 0) и 1b(0, 0, 1/2). Таким образом, эле-
ментарная ячейка содержит три формульные единицы
(т.е. 12 атомов в элементарной кристаллографической
ячейке). Поэтому расчет электронной структуры этих
сплавов проводился только для наиболее простой маг-
нитоупорядоченной структуры — ферромагнитной. При
этом использовалось приближение когерентного по-
тенциала для модели неупорядоченного сплава, т.е.
предполагалось, что атомы FeI и MnI распределены хао-
тически по тетраэдрическим позициям, а атомы As и P
хаотически распределены по позициям 2c и 1b. Свобод-
ные параметры кристаллографических позиций атомов
железа и марганца взяты из работы [8] (x(3f) = 0,257,
x(3g) = = 0,580). Параметры кристаллической структуры
для системы MnFeAsyP1–y взяты из [12] при температуре
130 К и из [11] для системы Mn2–xFexAs0,5P0,5 при ком-
натной температуре.
Электронное строение сплавов системы MnFeAsyP1–y
типично для пниктидов переходных металлов и слабо
зависит от состава. Для иллюстрации мы приводим пол-
ную и парциальные плотности электронных состояний
MnFeAs0,25P0,75 в ферромагнитном и немагнитном со-
стояниях (рис. 4). Как видно на рис. 4, спектр занятых
состояний содержит s-полосу As и P вблизи E ≈ 0 Ридб.
Зона проводимости располагается выше E = 0,25 Ридб,
имеет смешанный характер и образована s-, p-состоя-
ниями As и P и 3d-состояниями Mn и Fe, что указывает
на их существенную гибридизацию (рис. 4,а). Как вид-
но на рисунке, основной вклад в формирование маг-
нитных свойств ферромагнитной фазы этих соедине-
ний дает d-зона, образованная коллективизирован-
ными d-электронами марганца и железа.
В таблице 1 приведены значения рассчитанных ве-
личин локальных магнитных моментов атомов марган-
ца MMn, железа MFe и полного магнитного момента
элементарной ячейки Mtotal для ряда образцов системы
MnFeAsyP1–y. Наиболее удовлетворительно согласие
между значениями Mtotal и экспериментальными ре-
зультатами, полученными из измерения намагничен-
ности насыщения при низких температурах, наблюда-
ется для y ≤ 0,5 (риc. 3,а). Локальные магнитные
моменты анионов не превосходят 0,15μB, что свиде-
тельствует об их индуцированном характере.
Сравнение плотности электронных состояний в
ферромагнитном (рис. 4,а) и немагнитном (рис. 4,в)
состояниях дает представление о влиянии спиновой
поляризации. Из таблицы и рис. 4 следует, что исчез-
новение спиновой поляризации приводит к увеличе-
нию электронной заселенности d-зоны и исчезновению
структурных различий между DOSup и DOSdown. Если
исходить из диаграмм состояний (рис. 1), то антифер-
ромагнитное состояние можно рассматривать как про-
межуточное между ферромагнитным и немагнитным
состояниями.
Рис. 4. Полная и парциальные плотности электронных состояний MnFeAs0,25P0,75 в ферромагнитном (а), (б) и немагнитном (в)
состояниях. Вертикальной линией обозначен уровень Ферми. Стрелками указаны направления спинов в подзонах вверх (↑) и
вниз (↓).
–0,5 0 0,5 1,0 1,5
–100
0
100
E, Ридб
d
MnFeAs P0,25 0,75 MФ
–50
0
50
p
–25
0
25 s
–100
0
100
суммарная
a
–30
–15
0
15
30
Mn
–30
–15
0
15
30 Fe
–100
0
100
б
–100
0
100 d
MН
–50
0
50
p
–25
0
25 s
–100
0
100
–0,5 0 0,5 1,0 1,5
–0,5 0 0,5 1,0 1,5
E, Ридб
E, Ридб
D
O
S
,с
о
ст
./
ф
ор
м
. е
д.
·Р
и
дб
D
O
S
, с
о
ст
./
ф
ор
м
. е
д.
·Р
и
дб
D
O
S
, с
о
ст
./
ф
ор
м
. е
д.
·Р
и
дб
MnFeAs P0,25 0,75 MnFeAs P0,25 0,75MФ
суммарная суммарная в
В.И. Вальков, А.В. Головчан, H. Szymczak, В.П. Дьяконов
66 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1
В рассматриваемом образце (y = 0,25), как и в об-
разце с y = 0,26, основное состояние является антифер-
ромагнитным и возникает в результате спонтанного
перехода беспорядок–порядок при понижении темпе-
ратуры. Однако при низких температурах ферромаг-
нитное состояние в этих образцах может быть не-
обратимо индуцировано воздействием внешнего маг-
нитного поля, т.е. существовать после окончания этого
воздействия. Это означает, что в образцах с y = 0,25 и
y = 0,26 упорядоченные состояния ФM и AФ соответ-
ствуют равновесным состояниям. Поэтому сравнение
электронных характеристик MnFeAs0,25P0,75 с анало-
гичными характеристиками образцов с единственно
устойчивым ферромагнитным состоянием (y ≥ 0,3) по-
зволяет выяснить наиболее существенные изменения
этих характеристик в процессе формирования AФ со-
стояния. На рис. 5 для такого сравнения совмещены
плотности электронных состояний образцов с y = 0,25,
y = 0,3 и y = 0,5 в ферромагнитном состоянии. Как
видно на рисунке, уменьшение содержания мышьяка
приводит к уширению плотности электронных состоя-
ний и, как следствие, к уменьшению ее высоты. Число
d-электронов в ферромагнитном FM
dN и немагнитном
NM FM
d dN N> состояниях при уменьшении y незначи-
тельно увеличивается, а значение полного момента в
ФM состоянии Mtotal уменьшается (табл. 1). Общее
представление об изменениях расчетных Mtotal(y),
, ( )FM NM
dN y и экспериментальных V(y), Mexp(y) харак-
теристик системы как функциях содержания мышьяка
дает рис. 3,а.
Результаты наших вычислений [4,5] электронных
характеристик Mtotal(x), , ( )FM NM
dN x , совмещенные с
экспериментальными зависимостями V(x), Mexp(x) для
системы с катионным замещением Mn2–xFexAs0,5P0,5,
представлены на рис. 3,б.
Таблица.1. Расчетные MiI,II, N и экспериментальные Mi
* значения величин магнитных моментов MµB и чисел электронов в
d-зоне N для соответствующих систем. M* — значения, соответствующие данным нейтронографии [9]
MnFeAsyP1–y
y 0,2 0,25 0,275 0,3 0,5 0,66
MFe 1,42 1,45 1,48 1,49
*
FeM 0,43(1,45 К) 1,2(1,45 К) 1,25(1,45 К) 1,48(200К)
MMn 2,77 2,82 2,84 2,87
*
MnM 2,41(1,45 К) 2,6(1,45 К) 2,55(1,45 К) 2,02(200 К)
Mtotal 12,28 12,5 12,68 12,81
NM
dN 39,293 39,23 39,17 39,12
FM
dN 39,029 38,94 38,87 38,34
Mn2–xFexAs0,5P0,5
x 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
MFeI 1,6051 1,5702 1,5187 1,4887 1,46 1,4223
MMnI 1,8662 1,7841 1,725 1,73 1,68 –
MMnII 2,8244 2,821 2,8277 2,8621 2,86 2,621
Mtotal 13,3505 13,1041 12,9002 12,86 12,665 12,4964
NM
dN 37,587 37,9105 38,22563 38,52 38,849 39,16
FM
dN 37,32635 37,64748 37,95856 38,24321 38,557 38,86775
Рис. 5. Изменение плотности электронных состояний в фер-
ромагнитной фазе при изменении состава. Параметры а и с
соответствуют параметрам кристаллической ячейки в ФM
фазе; вертикальными линиями обозначены соответствующие
уровни Ферми.
0 0,5 1,0
–150
–100
–50
0
50
100
150
200
d
–150
–100
–50
0
50
100
150
200
E, Ридб
D
O
S
,с
о
ст
./
ф
ор
м
. е
д.
·Р
и
дб
суммарная
MnFeAs P0,25 0,75 ( = 6,096 Å, = 3,395 Åa c
( = 6,17 Å, = 3,42 Åa cMnFeAs P0,3 0,7
( = 6,17 Å, = 3,42 Åa cMnFeAs P0,5 0,5
Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1 67
Сравнение рис. 3,а и 3,б показывает, что в системе с
анионным замещением значения величин Mexp(у) и
Mtotal (у) (с учетом точности экспериментальных дан-
ных) находятся в удовлетворительном согласии. В сис-
теме с катионным замещением зависимости Mexp(у) и
Mtotal (у) согласуются только в диапазоне 0,8 ≤ x ≤ 1,1.
Качественное расхождение этих кривых при 0,8x <
может свидетельствовать о возникновении скошенной
структуры, обладающей спонтанной намагниченностью
в области 0,6 0,8x≤ < и сохраняющейся в широком
диапазоне напряженностей магнитного поля (в частно-
сти, при индуцированных переходах порядок–порядок
для 0,5x = [4,5]).Возникновение промежуточной маг-
нитной структуры между ФM и AФ состояниями в сис-
теме с катионным замещением и ее отсутствие в системе
с анионным замещением может быть обусловлено каче-
ственными различиями в поведении концентрационных
зависимостей заселенности d-зоны.
Действительно, поскольку, как показано нами в ра-
боте [5], зависимость Mtotal (х(а,с)) слабо зависит от
изменения параметров кристаллической решетки (а и
с), то возникновение нового, энергетически более ус-
тойчивого, магнитоупорядоченного состояния, которое
формирует экспериментальную кривую Mexp (х), мож-
но сопоставить со значительным уменьшением засе-
ленности d-зоны при понижении концентрации железа
(относительное изменение числа электронов в d-зоне
, ,/NM FM NM FM
d dN NΔ ≈ –5%).
В работе [4], посвященной анализу диаграммы со-
стояний системы Mn2–xFexAs0,5P0,5, нами было пока-
зано, что изменение только электронного заполнения
d-зоны в модели при неизменной форме плотности
электронных состояний позволяет описать последова-
тельную смену магнитоупорядоченных фаз при изме-
нении концентрации железа. При этом в области зна-
чений 38,52 37,91,NM
dN ∈ − которые соответствуют
концентрациям железа x от 0,8 до 0,6, возникает ско-
шенная структура. Спонтанная стабилизация этой
структуры в указанном диапазоне концентраций и явля-
ется, согласно [4], причиной кардинального расхожде-
ния между зависимостями Mtotal(x) и Mexp (х) (рис. 3,б,
кривые III). При этом, как показано в [4] и [18], ско-
шенная структура сохраняет устойчивость в экспери-
ментально достижимом диапазоне напряженности
магнитного поля.
Поэтому можно предположить, что в системе
MnFeAsyP1–y существование только ферромагнитной и
антиферромагнитной фаз обусловлено относительно
большим постоянным 39)NM
d(N ≈ значением элект-
ронного заполнения d-зоны. Это приводит к отсутст-
вию промежуточной магнитной структуры и обуслов-
ливает удовлетворительное согласие между экспери-
ментальными и вычисленными из первых принципов
значениями ферромагнитной составляющей магнитно-
го момента (рис. 3,а, кривая III). Тогда тенденция к
возникновению состояния AФ в этой системе может
возникать из-за возрастания уширения плотности
электронных состояний (рис. 5) как следствия отно-
сительно сильного уменьшения объема элементарной
ячейки ( /V VΔ = –4,9%), рис. 3,а кривая II.
Заключение
1. Изменение типа магнитоупорядоченных состояний
в системе с катионными замещениями Mn2–xFexAs0,5P0,5
при уменьшении концентрации железа обусловлено
значительным уменьшением электронного заполне-
ния d-зоны.
2. Между ферромагнитным (0,8 1,1)x≤ ≤ и анти-
ферромагнитным (x < 0,6) состояниями в системе с
катионным замещением Mn2–xFexAs0,5P0,5 реализуется
промежуточная структура ( 0,6 0,8x≤ < ), обладающая
спонтанной намагниченностью и сохраняющая устой-
чивость при воздействии магнитного поля.
3. Ферромагнитное и антиферромагнитное состоя-
ния в системе с анионными замещениями MnFeAsyP1–y
являются ближайшими по энергии конкурирующими
фазами.
4. Стабилизация AФ фазы при понижении кон-
центрации мышьяка на фоне сохранения заселенности
d-зоны может быть следствием локальных изменений
плотности электронных состояний, обусловленных из-
менениями в размерных характеристиках ионов мышья-
ка и фосфора.
Работа выполнена в рамках конкурсного проекта
ДФФДУ-БPФФД №41.1/038, а также финансово под-
держана European Fond for Regional Development (Cont-
ractNo. UDA-POIG.01.03.01-00-058/08/00).
1. O. Tegus, E. Bruck, K.H.J. Buschow, and F.R. de Boer.
Nature 415, 150 (2002).
2. N.A de Oliveira and P.J von Ranke. J. Phys.: Condens.
Matter 17, 3325(2005).
3. А.В. Головчан, И.Ф.Грибанов, ФНТ 34, 1177 (2008). [Low
Temp. Phys. 34, 930 (2008)].
4. В.И. Вальков, Д.В. Варюхин, А.В. Головчан, ФНТ 34,
536 (2008) [Low Temp. Phys. 34, 427 (2008)].
5. В.И. Вальков, Д.В. Варюхин, А.В. Головчан, И.Ф. Гри-
банов, А.П. Сиваченко, В.И. Каменев, Б.М. Тодрис, ФНТ
34, 927 (2008) [Low Temp. Phys. 34, 734 (2008)].
6. R. Zach, M. Bacmann, D. Fruchart, P. Wolfers, R. Fruchart,
M. Guillot, S. Kaprzyk, S. Niziol, and J. Tobola, J. Alloys
Compounds 262–263, 508(1997).
7. J. Tobola, M. Bacmann, D. Fruchart, S. Kaprzyk, A. Kou-
mina, S. Niziol, J.-L. Soubeyroux, P. Wolfers, and R. Zach,
JMMM 157–158, 708 (1996).
8. G.D. Samolyuk and V.P. Antropov, J. Appl. Phys. 93, 6882
(2003).
9. M. Bacman, J.-L. Soubeyroux, R. Darrett, D. Fruchart, R.
Zach, S. Niziol, and R. Fruchart, JMMM 134, 59 (1994).
В.И. Вальков, А.В. Головчан, H. Szymczak, В.П. Дьяконов
68 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2012, т. 38, № 1
10. R. Zach, M. Guillot, J.C. Picoche, and R. Fruchart, IEEE
Transact. Magnet. 29, 3252(1993).
11. O. Tegus, Novel Materials for Magnetic Refrigeration:
Ph.D. Thesis, Amsterdam (2003).
12. R. Zach, M. Guillot, and R. Fruchart, JMMM 89, 221 (1990).
13. R. Zach, M. Guillot, J.C. Picoche, and R. Fruchart, J. Magn.
Magn. Mater. 140, 1541 (1995).
14. The Munich SPR-KKR package, version 3.6, H. Ebert et al,
http://olymp.cup.uni-muenchen.de/ak/ebert/SPRKKR; H Ebert,
Fully Relativistic Band Structure Calculations for Magnetic
Solids – Formalism and Application, in Electronic Structure
and Physical Properties of Solids, H. Dreysse (ed.) Lecture
Notes in Physics, vol. 535, p. 191, Springe, Berlin (2000).
15. S.H Vosko, L. Wilk, and M. Nusair, Can. J. Phys. 58, 1200
(1980).
16. A. Koumina, M. Bacmann, D. Fruchart, M. Mesnaoui, and P.
Wolfers, Moroccan J. Cond. Matter 5, 117 (2004).
17. E. Bruck, J. Kamarad, V.Sechovsky, Z. Arnold, O. Tegus,
and F.R. de Boer, JMMM 310, e1008 (2007).
18. И.Ф. Грибанов, А.В. Головчан, Д.В. Варюхин, В.И.
Вальков, В.И. Каменев, А.П. Сиваченко, С.Л. Сидоров
ФНТ 35, 1004 (2009) [Low Temp. Phys. 35, 786 (2009)].
Peculiarities of magnetically ordered phase formation
during anion and cation substitutions
in MnFeAsyP1–y and Mn2–xFexAs0,5P0,5 systems
V.I. Valkov, A.V. Golovchan, H. Szymczak,
and V.P. Dyakonov
Experimental and theoretical results for MnFeAsyP1–y
(0.15 ≤ y ≤ 0.66) and Mn2–xFexAs0.5P0.5 (0.5 ≤ x ≤ 1.0)
systems have been analysed to determine the factors that
may be a basis of the mechanism by which the antifer-
romagnetic phase is formed in each of the two systems.
It is shown that in the case of cation substitution the main
contribution to the mechanism of changing the magne-
toordered phase type in the Mn2–xFexAs0.5P0.5 system is
made by a considerable change of electron filling of the
magnetically active d-band. As for the MnFeAsyP1–y
system with anion substitution, the destabiligation of fer-
romagnetic phase and the formation of antiferromagnetic
one with decreasing. As concentration may be due to the
changes in the density of electronic states because of a
considerable reduction of the unit cell volume.
PACS: 71.20.Be Transition metals and alloys;
75.50.Ee Antiferromagnetics;
75.30.Fv Spin-density waves.
Keywords: antiferromagnetics, spin-density waves,
electronic structure, density of electronic states.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116832 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0132-6414 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:37:52Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вальков, В.И. Головчан, А.В. Szymczak, H. Дьяконов, В.П. 2017-05-16T16:00:02Z 2017-05-16T16:00:02Z 2012 Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ / В.И. Вальков, А.В. Головчан, H. Szymczak, В.П. Дьяконов // Физика низких температур. — 2012. — Т. 38, № 1. — С. 62-68. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 71.20.Be,75.50.Ee, 75.30.Fv https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116832 Проведен анализ экспериментальных и теоретических результатов исследований изоструктурных систем MnFeAsyP₁₋y (0,15 ≤ y ≤ 0,66) и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅(0,5 ≤ x ≤ 1,0) с целью выяснения основных признаков, лежащих в основе механизма различного способа формирования антиферромагнитной фазы при
 анионном и катионном замещениях в каждой из двух рассматриваемых систем. Показано, что при катионном замещении основным вкладом в механизм изменения типа магнитоупорядоченных фаз в системе
 Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ является существенное изменение электронного заполнения магнитоактивной d-зоны.
 В системе MnFeAsyP₁₋y c анионным замещением дестабилизация ферромагнитной и возникновение антиферромагнитной фазы при понижении концентрации мышьяка может быть обусловлена особенностями изменения плотности электронных состояний вследствие значительного понижения объема
 элементарной ячейки. Проведено аналіз експериментальних та теоретичних результатів досліджень ізоструктурних систем
 MnFeAsyP₁₋y (0,15 ≤ y ≤ 0,66) и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅(0,5 ≤ x ≤ 1,0) з метою визначення ознак, які лежать в
 основі механізму різного способу формування антиферомагнітної фази при аніонному та катіонному
 заміщеннях в кожній з двох даних систем. Показано що при катіонному заміщенні основним вкладом у
 механізм зміни типу магнітовпорядкованих фаз в системі Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ є істотна зміна електронного
 заповнення магнітоактивної d-зони. У системі MnFeAsyP₁₋y з аніонним заміщенням дестабілізація
 феромагнітної і виникнення антиферомагнітної фази при зниженні концентрації миш'яку може бути
 обумовлена особливостями зміни щільності електронних станів внаслідок значного зменшення об'єму
 елементарної комірки. Experimental and theoretical results for MnFeAsyP₁₋y (0,15 ≤ y ≤ 0,66) и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅(0,5 ≤ x ≤ 1,0)
 systems have been analysed to determine the factors that
 may be a basis of the mechanism by which the antiferromagnetic
 phase is formed in each of the two systems.
 It is shown that in the case of cation substitution the main
 contribution to the mechanism of changing the magnetoordered
 phase type in the Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ system is
 made by a considerable change of electron filling of the
 magnetically active d-band. As for the MnFeAsyP₁₋y 
 system with anion substitution, the destabiligation of ferromagnetic
 phase and the formation of antiferromagnetic
 one with decreasing. As concentration may be due to the
 changes in the density of electronic states because of a
 considerable reduction of the unit cell volume. Работа выполнена в рамках конкурсного проекта
 ДФФДУ-БPФФД №41.1/038, а также финансово под-
 держана European Fond for Regional Development (ContractNo.
 UDA-POIG.01.03.01-00-058/08/00). ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Низкотемпеpатуpный магнетизм Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ Peculiarities of magnetically ordered phase formation during anion and cation substitutions in MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ systems Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ Вальков, В.И. Головчан, А.В. Szymczak, H. Дьяконов, В.П. Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| title | Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ |
| title_alt | Peculiarities of magnetically ordered phase formation during anion and cation substitutions in MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ systems |
| title_full | Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ |
| title_fullStr | Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ |
| title_full_unstemmed | Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ |
| title_short | Особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах MnFeAsyP₁₋y и Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ |
| title_sort | особенности формирования магнитоупорядоченных фаз при анионном и катионном замещениях в системах mnfeasyp₁₋y и mn₂₋xfexas₀.₅p₀.₅ |
| topic | Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| topic_facet | Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116832 |
| work_keys_str_mv | AT valʹkovvi osobennostiformirovaniâmagnitouporâdočennyhfazprianionnomikationnomzameŝeniâhvsistemahmnfeasyp1yimn2xfexas05p05 AT golovčanav osobennostiformirovaniâmagnitouporâdočennyhfazprianionnomikationnomzameŝeniâhvsistemahmnfeasyp1yimn2xfexas05p05 AT szymczakh osobennostiformirovaniâmagnitouporâdočennyhfazprianionnomikationnomzameŝeniâhvsistemahmnfeasyp1yimn2xfexas05p05 AT dʹâkonovvp osobennostiformirovaniâmagnitouporâdočennyhfazprianionnomikationnomzameŝeniâhvsistemahmnfeasyp1yimn2xfexas05p05 AT valʹkovvi peculiaritiesofmagneticallyorderedphaseformationduringanionandcationsubstitutionsinmnfeasyp1yimn2xfexas05p05systems AT golovčanav peculiaritiesofmagneticallyorderedphaseformationduringanionandcationsubstitutionsinmnfeasyp1yimn2xfexas05p05systems AT szymczakh peculiaritiesofmagneticallyorderedphaseformationduringanionandcationsubstitutionsinmnfeasyp1yimn2xfexas05p05systems AT dʹâkonovvp peculiaritiesofmagneticallyorderedphaseformationduringanionandcationsubstitutionsinmnfeasyp1yimn2xfexas05p05systems |