Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ

Проведено исследование изменения величины локальных магнитных моментов ML в MnAs под действием давления с помощью эмпирического метода, позволяющего детектировать такие изменения путем анализа магнитообъемных эффектов. Получено, что при понижении температуры магнитоструктурного фазового перехода 1-г...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
1. Verfasser:	Грибанов, И.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2010
Schriftenreihe:	Физика и техника высоких давлений
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69282
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:	Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ / И.Ф. Грибанов // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 2. — С. 97-104. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69282
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-692822025-02-09T10:09:53Z Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ Варіація локальних магнітних моментів в MnAs під тиском. Магнітооб’ємний аналіз Variation of local magnetic moments in MnAs under pressure. Magnetovolume analysis Грибанов, И.Ф. Проведено исследование изменения величины локальных магнитных моментов ML в MnAs под действием давления с помощью эмпирического метода, позволяющего детектировать такие изменения путем анализа магнитообъемных эффектов. Получено, что при понижении температуры магнитоструктурного фазового перехода 1-го рода из ферромагнитного FM(B81) в парамагнитное PM(B31) состояние скачкообразное уменьшение величины ML нарастает, так что имеет место плавное изменение магнитного состояния атомов Mn в парамагнитной области фазовой P–Т-диаграммы (вблизи границы с фазой FM(B81)) от «высокоспинового» с ML = 3.2μB при ТС = 318 K до «низкоспинового» с ML = 2.2μB при ТС = 225 K. При дальнейшем понижении температуры и переходе к области существования двойной спиральной структуры DS(B31) достигнутое низкоспиновое состояние атомов Mn вблизи указанной границы сохраняется (ML = 2.1μB при ТK = 10 K). Увеличение давления в фазе В31 при низких температурах приводит к плавному уменьшению величины локальных магнитных моментов атомов Mn в «низкоспиновом» состоянии вплоть до значения ML = 1.48μB при P = 38 kbar. Сделано сопоставление полученных результатов с имеющимися литературными данными. Проведено дослідження зміни величини локальних магнітних моментів ML в MnAs під дією тиску за допомогою емпіричного методу, що дозволяє детектувати такі зміни шляхом аналізу магнітооб’ємних ефектів. Отримано, що при зниженні температури магнітоструктурного фазового переходу 1-го роду з феромагнітного FM(B81) в парамагнітний PM(B31) стан стрибкоподібне зменшення величини ML наростає, так що має місце плавна зміна магнітного стану атомів Mn у парамагнітнiй області фазової Р–Т-діаграми (поблизу границi з фазою FM(B81)) від «високоспiнового» з ML = 3.2μB при ТС = 318 K до «низькоспінового» з ML = 2.2μB при ТС = 225 K. При подальшому зниженні температури і переході до області існування подвійної спіральної структури DS(B31) досягнутий низькоспіновий стан атомів Mn поблизу вказаноï фазовоï границi зберігається (ML = 2.1μB при ТK = 10 K). Пiдвищення тиску у межах фази В31 при низьких температурах призводить до плавного зменшення величини локальних магнітних моментів атомів Mn в «низькоспіновому» стані аж до значення ML = 1.48μB при Р = 38 kbar. Проведено порiвняння отриманих результатів з наявними літературними даними. Pressure-induced changes in value of local magnetic moments ML in MnAs have been studied by empirical method enabling the detection of changes through the analysis of magnetovolume effects. It has been determined that ML value decreases in a jump-like manner with the decrease in temperature of the 1st-order ferromagnetic FM(B81)–paramagnetic PM(B31) magnetostructural phase transition, and in the paramagnetic region of the P–T phase diagram (near the FM(B81) boundary) the magnetic state of atoms smoothly changes from «high-spin» with ML = 3.2μB for TC = 318 K to «low-spin» with ML = 2.2μB for ТС = 225 K. The attained low-spin state of Mn atoms is preserved near the mentioned phase boundary (ML = 2.1μB for ТK = 10 K) even at further decrease of the temperature and during the transition to the region of double spiral structure DS(B31). Pressure increase in phase B31 at low temperature results in a smooth decrease of the value of local magnetic moments of Mn atoms in the low-spin state down to ML = 1.48μB for Р = 38 kbar. The results are compared with literature data. Работа выполнена при финансовой поддержке ГФФИ Украины, проект № 29.1/016 2010 Article Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ / И.Ф. Грибанов // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 2. — С. 97-104. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 75.30.Kz https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69282 ru Физика и техника высоких давлений application/pdf Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Проведено исследование изменения величины локальных магнитных моментов ML в MnAs под действием давления с помощью эмпирического метода, позволяющего детектировать такие изменения путем анализа магнитообъемных эффектов. Получено, что при понижении температуры магнитоструктурного фазового перехода 1-го рода из ферромагнитного FM(B81) в парамагнитное PM(B31) состояние скачкообразное уменьшение величины ML нарастает, так что имеет место плавное изменение магнитного состояния атомов Mn в парамагнитной области фазовой P–Т-диаграммы (вблизи границы с фазой FM(B81)) от «высокоспинового» с ML = 3.2μB при ТС = 318 K до «низкоспинового» с ML = 2.2μB при ТС = 225 K. При дальнейшем понижении температуры и переходе к области существования двойной спиральной структуры DS(B31) достигнутое низкоспиновое состояние атомов Mn вблизи указанной границы сохраняется (ML = 2.1μB при ТK = 10 K). Увеличение давления в фазе В31 при низких температурах приводит к плавному уменьшению величины локальных магнитных моментов атомов Mn в «низкоспиновом» состоянии вплоть до значения ML = 1.48μB при P = 38 kbar. Сделано сопоставление полученных результатов с имеющимися литературными данными.
format	Article
author	Грибанов, И.Ф.
spellingShingle	Грибанов, И.Ф. Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ Физика и техника высоких давлений
author_facet	Грибанов, И.Ф.
author_sort	Грибанов, И.Ф.
title	Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ
title_short	Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ
title_full	Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ
title_fullStr	Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ
title_full_unstemmed	Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ
title_sort	вариация локальных магнитных моментов в mnas под давлением. магнитообъемный анализ
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2010
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69282
citation_txt	Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ / И.Ф. Грибанов // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 2. — С. 97-104. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT gribanovif variaciâlokalʹnyhmagnitnyhmomentovvmnaspoddavleniemmagnitoobʺemnyjanaliz AT gribanovif varíacíâlokalʹnihmagnítnihmomentívvmnaspídtiskommagnítoobêmnijanalíz AT gribanovif variationoflocalmagneticmomentsinmnasunderpressuremagnetovolumeanalysis
first_indexed	2025-11-25T17:37:20Z
last_indexed	2025-11-25T17:37:20Z
_version_	1849784787304185856
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 2 © И.Ф. Грибанов, 2010 PACS: 75.30.Kz И.Ф. Грибанов ВАРИАЦИЯ ЛОКАЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ МОМЕНТОВ В MnAs ПОД ДАВЛЕНИЕМ. МАГНИТООБЪЕМНЫЙ АНАЛИЗ Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина E-mail: gribanig@mail.ru Статья поступила в редакцию 25 мая 2010 года Проведено исследование изменения величины локальных магнитных моментов ML в MnAs под действием давления с помощью эмпирического метода, позволяющего детектировать такие изменения путем анализа магнитообъемных эффектов. По- лучено, что при понижении температуры магнитоструктурного фазового пере- хода 1-го рода из ферромагнитного FM(B81) в парамагнитное PM(B31) состояние скачкообразное уменьшение величины ML нарастает, так что имеет место плав- ное изменение магнитного состояния атомов Mn в парамагнитной области фазо- вой P–Т-диаграммы (вблизи границы с фазой FM(B81)) от «высокоспинового» с ML = 3.2µB при ТС = 318 K до «низкоспинового» с ML = 2.2µB при ТС = 225 K. При дальнейшем понижении температуры и переходе к области существования двой- ной спиральной структуры DS(B31) достигнутое низкоспиновое состояние ато- мов Mn вблизи указанной границы сохраняется (ML = 2.1µB при ТK = 10 K). Увели- чение давления в фазе В31 при низких температурах приводит к плавному умень- шению величины локальных магнитных моментов атомов Mn в «низкоспиновом» состоянии вплоть до значения ML = 1.48µB при P = 38 kbar. Сделано сопоставле- ние полученных результатов с имеющимися литературными данными. Ключевые слова: металлический сплав, локальный магнитный момент, магнито- объемный эффект, магнитоструктурный переход Интерес к исследованию магнитного поведения MnAs под давлением в настоящее время обусловлен обнаруженным в этом соединении колоссаль- ным магнитокалорическим эффектом (МКЭ), который сопровождает инду- цированный магнитным полем магнитоструктурный фазовый переход из па- рамагнитного PM(В31) в ферромагнитное FM(В81) состояние [1]. Сжатие кристаллической решетки приводит к резкому увеличению скачка энтропии ΔS при таком переходе, причем зависимость ΔS от параметров, вызывающих сжатие решетки (давления или концентрации легирующих элементов), не- монотонна. Очевидно, что для выяснения механизмов подобного поведения Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 2 98 и оптимизации функциональных характеристик материала требуется объек- тивная информация о влиянии внешних воздействий, в частности давления, на его магнитное поведение. Именно такая задача решалась в настоящей ра- боте. В ней проведена оценка вариации локальной спиновой плотности (ЛСП) SL = 〈Sj 2〉1/2 или локальных магнитных моментов ML = gµBSL (здесь Sj – оператор ЛСП на узле j) магнитоактивных атомов в MnAs под давлением с помощью развитого ранее эмпирического метода. Последний позволяет де- тектировать изменения ML путем сравнительного анализа магнитообъемных эффектов в изучаемом соединении и близком к нему опорном материале [2]. Такой подход оказывается особенно полезным при исследовании интерме- таллических соединений (в частности, вариации ML при магнитных фазовых переходах 1-го рода), когда затруднен корректный учет разных вкладов в общее изменение объема кристалла. Анализ литературы показал, что имеющиеся на сегодня для MnAs данные по дифракции нейтронов под давлением (прямому методу измерения ML) весьма малочисленны и противоречивы [3,4]. В частности, в [3] для фазы высокого давления были определены только параметры кристаллической решетки и волнового вектора спиральной структуры при низких температу- рах. Причем из-за особенностей используемого оборудования давление в образце было неоднородным и практически неконтролируемым, т.е. полу- ченные результаты в лучшем случае дают качественное представление о магнитном поведении системы при сжатии решетки. В [4] вопросы создания и измерения давления были корректно решены: использовалась камера с сапфировыми наковальнями, в которой давление контролировалось по сдви- гу линии люминесценции рубина. Однако выводы, полученные в этой рабо- те относительно величины локального магнитного момента атомов Mn в фа- зе высокого давления (ML = 2.9(1)µB при P = 38 kbar), противоречат как маг- нитометрическим исследованиям MnAs под давлением [5,6], так и экспери- ментам по дифракции нейтронов в сплавах на основе MnAs, в частности в MnAs1–xPx, в которых анионное или катионное замещение атомов базового соединения приводит, как и в случае внешнего давления, к сжатию решетки [7,8]. Все это диктует необходимость использования альтернативных воз- можностей изучения магнитного поведения металлических сплавов под дав- лением. Одной из таких возможностей и является предлагаемый анализ маг- нитообъемных эффектов [2,9]. Согласно [9] магнитообъемный эффект в ферромагнитных металлах по отношению к полностью немагнитному основному состоянию можно пред- ставить в виде band int band 2 int , ( , )L i j i j C M C i jω = ω + ω = +∑ M M , (1) где [ ]0 0( ) / mV V Vω = − (V0 – объем кристалла в полностью немагнитном ос- новном состоянии, m означает магнитный вклад). Первый член в (1) связан с Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 2 99 поляризацией локальных спиновых подзон, второй – с пространственной корреляцией спинов. Определяя константы Cband и Cint из измерений вынуж- денной магнитострикции и сильнополевой восприимчивости при разных температурах, удается разделить эти вклады и тем самым не только устано- вить поведение ML, но и получить важные выводы относительно выбора адекватного описания магнитных свойств изучаемого объекта. Такой анализ выполнен, в частности, для MnAs [10]. Очевидно, что этот метод пригоден лишь для магнитных фаз, магнитные структуры которых сравнительно легко насыщаются в магнитном поле. В противном случае появляется дополни- тельный вклад в вынужденную объемную магнитострикцию, что затрудняет их разделение и требует иных подходов к определению ML. Как отмечено в [2], часто можно достаточно корректно оценить поведение ЛСП в магнети- ках с произвольным типом упорядочения, если предположить, что ωband пропорционален общему магнитообъемному эффекту ω (обычно содержа- щему несколько вкладов). Когда другие вклады малы или в совокупности тоже пропорциональны ω, это предположение выполняется строго, как, на- пример, в слабых зонных магнетиках (Cr, MnSi и др.), в которых ω ≅ ωband [2]. Нормировочную константу C, связывающую изменение ML с общим из- менением объема, можно определить, сопоставляя в основном состоянии объем элементарной ячейки и величину локального магнитного момента изучаемого соединения с соответствующими характеристиками подходящего опорного материала. Правило выбора такого материала и примеры реализации данного подхода для определения изменения ML при различных магнитных фазовых переходах 1-го рода в интерметаллических соединениях даны в [2]. В частности, там сделана оценка вариации ML в MnAs при спонтанном маг- нитном фазовом переходе 1-го рода из FM(В81)- в PM(В31)-состояние, кото- рый происходит при ТС = 318 K в процессе нагрева образца. В настоящей работе аналогичная оценка проводится для индуцированных давлением переходов FM(В81)–PM(В31) и FM(В81)–DS(B31), наблюдаемых при соответствующих температурах в интервале 0 < Т < 318 K. Здесь DS(B31) – двойная спираль с волновым вектором вдоль a-оси орторомбиче- ской кристаллической структуры, реализующаяся в MnAs при сжатии решет- ки. Кроме того, оценено изменение ML под действием давления до 38 kbar в фазе B31 с целью перепроверки с помощью альтернативного метода резуль- татов нейтронографических исследований, полученных в работе [4]. Магнитная фазовая P–T-диаграмма MnAs с границами, реализующимися в процессе набора давления, показана на рис. 1 (более подробная P–T-диа- грамма и ее отдельные части представлены в работах [5,11]). Как видно, фа- за FM(В81), характеризуемая высокоспиновым состоянием атомов Mn (ML ≅ ≅ 3.4µB в основном состоянии), существует при P < 4.5 kbar. Более высокие давления при температурах ниже 500 K стабилизируют кристаллическую структуру В31, с которой связано существование иных магнитоупорядоченных Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 2 100 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 300 350 T, K P, kbar B31 PMTN FM1 FM2 DS1 DS2 B81 FM TC состояний: двойной спиральной структуры с волновым вектором вдоль оси a кристаллической решетки (фазы DS1 и DS2, различающиеся знаком темпе- ратурной производной критического магнитного поля индуцирования «фер- ромагнитного» состояния [11]) и магнитных структур FM1 и FM2, обладаю- щих спонтанным магнитным моментом (тип магнитного упорядочения этих фаз нуждается в уточнении). Как уже отмечалось, наибольший интерес в настоящее время представ- ляют индуцированные магнитным полем переходы PM(В31)–FM(В81) и DS(В31)–FM(В81) в связи с гигантским МКЭ, сопровождающим их. Чтобы определить возможное при таких переходах изменение величин локальных магнитных моментов магнитоактивных атомов (что непосредственно связа- но с величиной МКЭ), воспользуемся данными работы [12], в которой ней- тронографическим и тензометрическим методами определено изменение удельного объема кристаллической решетки при аналогичных фазовых пе- реходах, индуцированных давлением (рис. 1). Соответствующая зависи- мость ΔV/V от температуры перехода TK (для FM–PM-перехода TK ≡ TC) представлена на рис. 2 (кривая 1). Здесь ΔV – разность объемов в исходном и конечном состояниях при фазовом переходе, V – объем в исходном состоянии. В терминах выражения (1) ΔV/V ≅ Δω ≡ ω(1) – ω(2) и ω(i) = [V(i) – V0]m/V0, где (1) и (2) обозначают соответственно исходное и конечное состояния. Пред- полагая пропорциональность различных вкладов, в частности ωband, общей величине магнитообъемного эффекта при рассматриваемом фазовом пере- ходе и учитывая, что ωband, в свою очередь, пропорционален 2 LM , получим для оценки вариации ML соотношение, аналогичное соотношению Мория– Юзами [13,2]: 2 2 2ω (1) (2)L L LC M M C M⎡ ⎤Δ = − = Δ⎣ ⎦ . (2) Для определения нормировочной константы C строили низкотемператур- ные концентрационные зависимости объема элементарной ячейки и величины Рис. 1. Упрощенная фазовая Р–Т-диаграмма MnAs: ТС и TN – температуры Кюри и Нееля соответственно. Пока- заны границы, реализующие- ся в процессе увеличения давления Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 2 101 0 100 200 300 0.00 0.04 0.08 0.12 M L(T K + δ T) , μ B ΔM L/M L(T K – δ T) ΔV /V TK, K 1 2 3 0.0 0.2 0.4 2 3 локальных магнитных моментов атомов Mn в системе MnAs1–xPx по данным [7,8,14]. Результаты представлены на рис. 3. Система MnAs1–xPx выбрана в качестве опорного материала ввиду близости характера изменения параметров решетки под действием давления и при замещении мышьяка фосфором, в том числе при рассматриваемых фазовых переходах. В сравнении с [2], где подоб- ное построение выполнялось для анализа температурной зависимости ML(Т) в широком диапазоне температур, включая парамагнитную область, в настоя- щей работе используется больше экспериментальных данных, касающихся такого построения, и для корректности учтены небольшие эффекты, связан- ные с поведением ЛСП в фазе В81 при внешних воздействиях. В частности, учтено возможное уменьшение величины ML в фазе FM(В81) при повышении температуры и давления (скорость барического изменения ML в фазе FM(В81), равную примерно 0.017µB/kbar, определяли, исходя из данных, имеющихся для изоструктурного сплава MnAs1–xSbx [15]). Как видим из рис. 3, скачку объема Δω ≅ 12.9% соответствует 2 LMΔ ≅ 7.49µB 2, т.е. С ≅ 1.72·10–2 µB –2 (в [2] полу- чено значение C ≅ 1.65·10–2 µB –2). Изменение ML при рассматривае- мых магнитных фазовых переходах в зависимости от температуры этих переходов TK, оцененное в соответ- ствии с выражением (2), показано на рис. 2 (кривые 2, 3). Из рис. 1 и 2 следует, что по- нижение температуры магнито- структурного перехода 1-го рода FM(В81)–PM(В31) под действием давления сопровождается увеличе- нием скачка объема элементарной ячейки при таком переходе и соот- Рис. 2. Изменение удельно- го объема кристаллической решетки (кривая 1) и вели- чины локального магнитно- го момента атомов Mn (кри- вые 2, 3) при магнитном фа- зовом переходе из состоя- ния FM(B81) в состояние PM(B31) или DS(B31) под действием давления при разных температурах. δT – малое отклонение темпера- туры от точки перехода 0.0 0.1 0.2 0.3 110 120 130 140 M L, μ B V, Å 3 x 1 2 3 4 Рис. 3. Зависимость объема элементарной ячейки и величины локального магнитного момента атомов марганца от концентрации фосфора в системе MnAs1–xPx (0 < x < 0.3) Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 2 102 ветствующим увеличением скачка величины локальных магнитных момен- тов атомов Mn, причем зависимости ΔV/V(TK) и ΔML/ML(TK – δT) в интерва- ле ~ 225 K < T < 318 K (т.е. для переходов FM–PM) практически линейны. Таким образом, имеет место плавное изменение магнитного состояния атомов Mn в парамагнитной области вблизи границы с фазой FM(В81) от высокоспи- нового с ML ≅ 3.2µB (другие оценки, включая парамагнитное рассеяние нейтро- нов, дают значения ML ≅ 3.0µB–3.1µB [2]) до низкоспинового с ML ≅ 2.2µB. Дальнейшее понижение температуры перехода, сопровождающееся измене- нием его характера от «порядок–беспорядок» до «порядок–порядок», стаби- лизирует достигнутый уровень изменения объема элементарной ячейки и величины локальных магнитных моментов атомов Mn, так что в области DS(В31) вблизи границы с фазой FM(В81) cохраняется низкоспиновое со- стояние атомов Mn с ML ≅ 2.1µB. Выявленные особенности поведения ЛСП при рассматриваемых фазовых переходах следует учитывать при построе- нии адекватного описания колоссального МКЭ в сжатом MnAs, сопровож- дающего индуцированные магнитным полем переходы PM(В31)–FM(В81) в соответствующей области фазового P–Т-пространства [1]. Как видно из рис. 1, повышение давления в основном состоянии арсенида марганца приводит к последовательности магнитных фазовых превращений FM(В81)–DS(В31)–FM2(В31). Согласно результатам магнитометрических и нейтронографических исследований фаза FM2 характеризуется наличием спонтанного ферромагнитного момента, направленного вдоль оси b кри- сталлической решетки [4,7,16]. Однако конкретная магнитная структура этой фазы остается пока под вопросом. В разных работах предлагаются раз- личные модели магнитного упорядочения: ферромагнитного [7], сосущест- вования ферро- и антиферромагнитных компонент [4], двухподрешеточного углового упорядочения [16]. Различаются также оценки величины локаль- ных магнитных моментов магнитоактивных атомов при достаточно боль- шом сжатии решетки: от 1.46µB для MnAs0.82P0.18 [7] (что по объемному сжатию решетки соответствует воздействию давления ~ 26 kbar) до 2.9µB при P ≅ 38 kbar [4]. Указанное соответствие между концентрацией фосфора и давлением следует из близкой к линейной зависимости объема элементар- ной ячейки V от x (рис. 3) и значения V ≅ 112.8 Å3 для MnAs при его сжатии давлением P = 38 kbar [4] (заметим, что значение объема элементарной ячейки V ≅ 112.8 Å3 в системе MnAs1–xPx достигается при x ≅ 0.26 [14]). С целью перепроверки результатов нейтронографии [4] альтернативным методом в настоящей работе сделана оценка изменения величины ML в фазе В31 под действием давления до 38 kbar с помощью рассмотренного эмпири- ческого подхода. Константу магнитообъемной связи для этого случая легко определить из данных, представленных на рис. 3. Как видим, изменению объема Δω ≅ 3.4% с ростом концентрации фосфора в диапазоне ~ 0.03 < x < 0.18 соответствует ΔML 2 ≅ 1.7µB 2, т.е. С ≅ 1.98·10–2 µB –2. Учитывая, что сжатие Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 2 103 решетки под действием давления и при легировании фосфором имеет сходный характер, с использованием выражения (2) получим для V ≅ 112.8 Å3, соответст- вующего при низких температурах давлению 38 kbar [4], значение ML ≅ 1.48µB. Таким образом, низкоспиновое состояние атомов Mn, реализующееся в фазе DS(В31) вблизи границы перехода FM(В81)–DS(В31) (что достоверно установле- но различными методами), сохраняется при увеличении давления вплоть до P = = 38 kbar. При этом величина локальных моментов атомов Mn плавно уменьша- ется, что согласуется с классическими зонными представлениями о делокализа- ции электронных состояний и увеличении ширины зон в металлических сплавах при сжатии решетки. На наш взгляд, результаты работы [4], касающиеся опреде- ления величины локальных магнитных моментов в низкотемпературной фазе высокого давления в арсениде марганца, нуждаются в пересмотре. Работа выполнена при финансовой поддержке ГФФИ Украины, проект № 29.1/016 1. S. Gama, A.A. Coelho, A. de Campos et al., Phys. Rev. Lett. 93, 237202 (2004). 2. И.Ф. Грибанов, ФТТ 31, 181 (1989). 3. A.F. Andresen, H. Fjellvag, B. Lebech, J. Magn. Magn. Mater. 43, 158 (1984). 4. В.П. Глазков, Д.П. Козленко, К.М. Подурец, Б.Н. Савенко, В.А. Соменков, Кристаллография 48, 59 (2003). 5. N. Menyuk, J.A. Kafalas, K. Dwight, J.B. Goodenough, Phys. Rev. 177, 942 (1962). 6. И.Ф. Грибанов, Э.А. Завадский, А.П. Сиваченко, ФНТ 5, 1219 (1979). 7. H. Fjellvåg, A.F. Andresen, K. Bärner, J. Magn. Magn. Mater. 46, 29 (1984). 8. A.F. Andresen, H. Fjellvag, O. Steinsvoll et al., J. Magn. Magn. Mater. 62, 241 (1986). 9. M. Shiga, J. Phys. Soc. Jpn. 50, 2573 (1981). 10. I.F. Gribanov, E.A. Zavadskii, Phys. Status Solidi B142, 559 (1987). 11. А.А. Галкин, Э.А. Завадский, В.И. Вальков, И.Ф. Грибанов, Б.М. Тодрис, ДАН СССР 246, 862 (1979). 12. Г.А. Говор, В.М. Добрянский, Изв.АН БССР, сер.физ.-мат. наук № 6, 101 (1975). 13. T. Moriya, K. Usami, Solid State Commun. 34, 95 (1980). 14. T. Suzuki, H. Ido, J. Phys. Soc. Jpn. 51, 3149 (1982). 15. T. Goto, M.I. Bartashevich, K. Kondo et al., J. Alloys Comp. 325, 18 (2001). 16. И.Ф. Грибанов, Э.А. Завадский, А.П. Сиваченко, ФНТ 8, 939 (1982). І.Ф. Грибанов ВАРІАЦІЯ ЛОКАЛЬНИХ МАГНІТНИХ МОМЕНТІВ В MnAs ПІД ТИСКОМ. МАГНІТООБ’ЄМНИЙ АНАЛІЗ Проведено дослідження зміни величини локальних магнітних моментів ML в MnAs під дією тиску за допомогою емпіричного методу, що дозволяє детектувати такі Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 2 104 зміни шляхом аналізу магнітооб’ємних ефектів. Отримано, що при зниженні тем- ператури магнітоструктурного фазового переходу 1-го роду з феромагнітного FM(B81) в парамагнітний PM(B31) стан стрибкоподібне зменшення величини ML наростає, так що має місце плавна зміна магнітного стану атомів Mn у пара- магнітнiй області фазової Р–Т-діаграми (поблизу границi з фазою FM(B81)) від «ви- сокоспiнового» з ML = 3.2µB при ТС = 318 K до «низькоспінового» з ML = 2.2µB при ТС = 225 K. При подальшому зниженні температури і переході до області існування подвійної спіральної структури DS(B31) досягнутий низькоспіновий стан атомів Mn поблизу вказаноï фазовоï границi зберігається (ML = 2.1µB при ТK = 10 K). Пiдвищення тиску у межах фази В31 при низьких температурах призводить до плавного зменшення величини локальних магнітних моментів атомів Mn в «низь- коспіновому» стані аж до значення ML = 1.48µB при Р = 38 kbar. Проведено по- рiвняння отриманих результатів з наявними літературними даними. Ключові слова: металевий сплав, локальний магнітний момент, магнітооб’ємний ефект, магнітоструктурний перехід I.F. Gribanov VARIATION OF LOCAL MAGNETIC MOMENTS IN MnAs UNDER PRESSURE. MAGNETOVOLUME ANALYSIS Pressure-induced changes in value of local magnetic moments ML in MnAs have been studied by empirical method enabling the detection of changes through the analysis of magnetovolume effects. It has been determined that ML value decreases in a jump-like manner with the decrease in temperature of the 1st-order ferromagnetic FM(B81)–par- amagnetic PM(B31) magnetostructural phase transition, and in the paramagnetic region of the P–T phase diagram (near the FM(B81) boundary) the magnetic state of atoms smoothly changes from «high-spin» with ML = 3.2µB for TC = 318 K to «low-spin» with ML = 2.2µB for ТС = 225 K. The attained low-spin state of Mn atoms is preserved near the mentioned phase boundary (ML = 2.1µB for ТK = 10 K) even at further decrease of the temperature and during the transition to the region of double spiral structure DS(B31). Pressure increase in phase B31 at low temperature results in a smooth decrease of the value of local magnetic moments of Mn atoms in the low-spin state down to ML = 1.48µB for Р = 38 kbar. The results are compared with literature data. Keywords: metallic alloy, local magnetic moment, magnetovolume effect, magne- tostructural transition Fig. 1. Simplified P–T phase diagram for MnAs: ТС and TN – Curie and Neel tempera- tures, respectively. Boundaries realized during pressure increase are shown Fig. 2. Changes in crystal-lattice specific volume (curve 1) and in value of local magnetic volume of Mn atoms (curves 2, 3) under FM(B81)–PM(B31) or DS(B31) phase transition at different temperatures, δT – local deviation of the temperature from transition point Fig. 3. Dependence of unit-cell volume and value of local magnetic moment of manga- nese atoms on phosphorus concentration in the MnAs1–xPx (0 < x < 0.3) system

Вариация локальных магнитных моментов в MnAs под давлением. Магнитообъемный анализ

Institution

Ähnliche Einträge