Взаємозв’язок електронної, магнітної та кристалічної структур у залізо-марганцевих пніктидах

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ ФІЗИКО-ТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ

ім. О.О. ГАЛКІНА

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК ЕЛЕКТРОННОЇ, МАГНІТНОЇ ТА КРИСТАЛІЧНОЇ СТРУКТУР У ЗАЛІЗО-МАРГАНЦЕВИХ ПНІКТИДАХ

01.04.07 - фізика твердого тіла

ГОЛОВЧАН Олексій Віталійович

Донецьк - 2009

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

кристалічний магнітний марганець гексагональний

Актуальність теми досліджень. Взаємозв'язок між електронною, магнітною і кристалічною структурами є найбільш важливою причиною фундаментального характеру, що визначає багатство магнітних явищ і різноманітність кристалічних і магнітних структур у залізо-марганцевих пніктидах. До останнього часу питання взаємозв'язку між вказаними підсистемами інтерпретувалось, в основному, в межах феноменологічних підходів, що є недостатнім для глибокого розуміння фізичних властивостей таких магнетиків й розробки на їх основі перспективних для практичного застосування матеріалів. Тому фундаментальний інтерес представляють дослідження мікроскопічних механізмів взаємозв'язку магнітної, електронної й кристалічної структур у матеріалах з магнітоструктурними перетвореннями.

Залізо-марганцеві пніктиди й сплави на їх основі відносяться до одного з популярних об'єктів досліджень у області фізики магнітних сполук завдяки сильному взаємозв'язку вказаних підсистем, який формує багату фазову діаграму. З практичної точки зору залізо-марганцеві пніктиди представляють інтерес як речовини, яким притаманна велика магнітострикція й гігантський магнітокалоричний ефект. Практичне застосування останнього робить реальним створення конкурентоспроможних екологічно-безпечних холодильних машин побутового призначення. Окрім того, вказані матеріали, зокрема епітаксійні плівки на основі арсеніду марганцю, мають великий інтерес для нового напряму мікроелектроніки - спінтроники.

Характерною рисою залізо-марганцевих пніктидів є активна участь 3d-електронів у формуванні магнітних, магніто-структурних і транспортних властивостей. Це робить актуальними систематичні ab initio дослідження спін-поляризованої електронної зонної структури вказаних матеріалів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи відповідає основним науковим напрямкам роботи Донецького фізико-технічного інституту ім. О.О. Галкіна НАН України. Основу дисертації складають результати, отримані при виконанні наступних державних бюджетних тем: «Вплив розмірних та структурних факторів на фазові переходи, електричні і магнітні властивості у твердому тілі» № держ.реєстрації 0103U005971, 2003-2006рр.; «Аномальні магнітні та електричні властивості мезо- та нано-систем: ефекти розміру та структури» № держ.реєстрації 0106U006933, 2006-2009рр.; «Дослідження умов та механізмів реалізації магнітоструктурних фазових перетворень у сплавах з магнітоактивними іонами» проект ДФФД України № 0106U005948, 09.2005 - 12.2006; «Дослідження впливу наноструктурування та легування на магнітні властивості багатокомпонентних сплавів з перехідними 3-d елементами» проект ДФФД України № 0107U003787, 06.2007-12.2008.

Мета і завдання дослідження. Методами теорії функціонала електронної густини встановити взаємозв'язок електронної, магнітної та кристалічної структур у залізо-марганцевих пніктидах.

Для досягнення поставленої мети вирішено такі завдання:

Досліджено стійкість структурного й спінового станів MnAs та MnP при зміні об'єму елементарної комірки з перших принципів.

Проведено дослідження впливу аніонного й катіонного заміщень, а також варіації параметрів кристалічної ґратки на електронну структуру й локальні магнітні характеристики гексагонального арсеніду марганцю.

Проаналізовано вплив аніонного і катіонного заміщень на електронну структуру і величини локальних магнітних моментів у гексагональних пніктидах з загальною формулою Mn_2-xFe_xAs_yP_1-y.

Досліджено вплив різного типу колінеарного магнітного упорядкування на електронну структуру сплавів системи Fe_2-xMn_xAs з тетрагональною кристалічною структурою.

Об'єкт і предмет дослідження. Об'єктом дослідження обрано: гексагональний MnAs і сплави на його основі; тверді розчини системи Fe_2-xMn_xAs (x=1.29ч1.35) з тетрагональною кристалічною структурою; тверді розчини системи Mn_2-xFe_xAs_yP_1-y з гексагональною кристалічною структурою. Предметом досліджень є вплив хімічного складу й всебічного стискання на електронну структуру й магнітні характеристики вказаних сполук.

Методи досліджень. Дослідження електронної структури і властивостей основного стану здійснено методами теорії функціонала густини за допомогою пакетів програм MindLab [1] (full-potential linear muffin-tin orbitals) и SPRKKR [2] (spin-polarized relativistic Korringa Kohn Rostoker method).

Наукова новизна. Переважна більшість наведених у дисертації результатів є оригінальними та новими. Основними з них є такі:

Методами теорії функціонала електронної густини досліджено взаємозв'язок між структурною та магнітною підсистемами в MnAs. Показано, що зміна симетрії кристалічної ґратки при виникненні феромагнетизму зумовлена конкуренцією магнітного і структурного параметрів порядку.

Проведено систематичне дослідження впливу аніонного і катіонного заміщень на електронну структуру та величини локальних магнітних моментів гексагонального MnAs. Запропоновано рекомендації щодо вибору оптимального, з точки зору магнітокалоричних застосувань, легування MnAs.

Виконано зіставлення даних розрахунків електронної структури системи твердих розчинів Mn_2-xFe_xAs_yP_1-y з експериментальними даними, що надало можливість передбачити та експериментально визначити існування потрійної точки на фазовій діаграмі температура-концентрація. Запропоновано й обґрунтовано концепцію змішаних магнітних станів, яка несуперечливо пояснює поведінку цих сплавів у магнітному полі.

Практична цінність результатів роботи. Отримані результати дозволяють розширити й поглибити уявлення про електронну структуру залізо-марганцевих пніктидів, дають необхідний матеріал для розуміння всієї різноманітності їх фізичних властивостей і, таким чином, сприяють вирішенню задачі пошука нових матеріалів й оптимізації їх робочих характеристик.

Достовірність наукових результатів, отриманих у дисертації, досягнуто за рахунок використання адекватних багаторазово апробованих методів розрахунку електронної структури твердих тіл, які базуються на теорії функціонала електронної густини. На всіх етапах дослідження проводиться порівняння отриманих результатів з експериментальними даними.

Особистий внесок здобувача. Наведені в дисертації результати одержано здобувачем у співробітництві з науковим керівником та іншими співавторами у ДонФТІ ім. О.О. Галкіна НАН України. Здобувачем здійснено всі розрахунки електронних структур. Він брав участь у постановці завдань, визначенні способів їх вирішення, проведенні розрахунків, аналізі отриманих результатів, формулюванні висновків, написанні статей, підготовці доповідей на конференціях. У всіх публікаціях здобувач приймав рівноправну участь із співавторами.

Особисто у роботах [2*-8*] здобувачем зроблено всі розрахунки електронної структури з перших принципів та аналіз їх результатів, у роботах [1*-4*,7*] здобувач приймав активну участь у постановці задач, аналізі результатів та написанні статей.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, які подані в дисертаційний роботі, добре відомі фахівцям і пройшли апробацію на наступних наукових міжнародних конференціях і семінарах:

Міжнародна наукова конференція «Актуальні проблеми фізики твердого тіла -2005» (ФТТ-2005, Мінськ, Білорусь); Міжнародний симпозіум «Упорядкування в мінералах та сплавах» (OMA-2005, Лоо, Росія, 2005); Міжнародна науковя конференція «Високий тиск-2006. Фундаментальні та прикладні аспекти» (HP-09, Судак, Україна, 2006); Міжнародний симпозіум «Упорядкування в мінералах та сплавах» (OMA-2007, Лоо, Росія, 2007), International conference «Functional materials» (ICFM-2007, Partenit, Crimea, Ukraine); Міжнародна наукова конференція «Актуальні проблеми фізики твердого тіла -2007» (ФТТ-2007, Мінськ, Білорусь), Міжнародна наукова конференція «Високий тиск - 2008. Фундаментальні та прикладні аспекти» (HP-10, Судак, Україна, 2008).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано у 8 статтях у провідних фахових журналах згідно з переліком ВАК України і 9 тезах міжнародних та українських наукових конференцій.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків, 7 додатків і списку використаної літератури. Основний текст викладено на 136 сторінках. Дисертація містить 64 рисунки та 11 таблиць. Список використаних джерел містить 199 найменувань. Повний обсяг роботи становить 181 сторінку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У Вступі визначено мету і завдання дослідження, його зв'язок з науковими програмами, сформульовано наукову новизну і практичну цінність роботи.

Перший розділ присвячено опису теоретичних методів досліджень. Описано теорію функціонала густини та методи розрахунку електронної структури кристалічних твердих тіл, які використовуються в наступних розділах дисертації.

Основою сучасних методів розрахунку електронної структури кристалічних твердих тіл є теорія функціонала густини. Вона дозволяє звести багаточасткову задачу до одночасткової з ефективним потенціалом. У розділі викладено основні ідеї методу Корринги-Кона-Ростокера, за допомогою якого було здійснено дослідження електронної структури і локальних магнітних характеристик сплавів (пакет програм SPRKKR [2]). Далі було розглянуто повнопотенційний метод лінійних МТ-орбіталей (пакет програм MindLab [1]). Цей метод дозволяє врахувати ефекти несферичності електронної густини й кристалічного потенціалу, що визначають структурні фазові переходи типу зміщення [3].

У другому розділі досліджено стійкість основного стану MnAs і MnP при різних об'ємах елементарної комірки. Результати цієї частини опубліковано в роботах [1*,2*,3*].

При атмосферному тиску і низьких температурах MnAs має гексагональну щільноупаковану кристалічну структуру B8₁(P6₃/mmc) та має «високоспіновий» феромагнітний (FM) стан. Підвищення температури призводить до послідовності магнітних і структурних фазових переходів. При 313K спостерігається магнітоструктурний фазовий перехід першого роду з «високоспінового» FM [4] (магнітний момент Mn m=3.4м_B) - до «високоспінового» парамагнітного (PM) стану, який супроводжується зміною кристалічної структури від B8₁ до орторомбічної B31 (P_nma) [5] і зменшенням об'єму на 2.1%. У роботі [6] визначено параметри порядку, що описують магніто-структурний фазовий перехід у MnAs. У якості магнітногопараметра порядку виступає магнітний момент елементарної комірки, а структурні параметри порядку ,₁ виражаються через колективні зміщення Mn і As відповідно.

Розрахунок електронної структури здійснено повнопотенційним методом лінійних МТ-орбіталей [1]. Для обмінно-кореляційного потенціалу використовувалось наближення локальної густини (LDA) [7]. Параметри кристалічної ґратки (Табл.1) MnAs відповідали експериментальним при кімнатній температурі й атмосферному тиску [5]. У структурі B8₁ атоми Mn посідають позиції типу 2a(0,0,0), As - 2c(1/3,2/3,1/4). У структурі B31 атоми Mn і As посідають позиції типа 4c(-x,1/4,-z) з параметрами: x_Mn?0, z_Mn=/4, x_As=(1-₁)/4, z_As?1/6.

Таблиця 1-

Параметри кристалічної ґратки MnAs

	a(B81), Е	c(B81), Е	a(B31), Е	b (B31), Е	c(B31), Е	V0/f.u., Е3	rMT(Mn), Е	rMT(As), Е
MnAs	3.72	5.72	5.72	3.72	6.443	33.72	1.257	1.309

Наведено щільність електронних станів (DOS) MnAs. Виникнення структурних викривлень призводить до появи багатьох вузьких піків на щільності станів (Рис.2в), які виникають внаслідок зняття виродження гілок енергетичного спектру на нових границях зони Бриллюєна [3]. При цьому спостерігається зменшення щільності станів на рівні Фермі, що узгоджується із ростом електроопору у фазі B31, який спостерігається під час експерименту [5]. Стискання кристалу збільшує ширину зони провідності й змінює форму щільності станів.

У немагнітному MnAs при атмосферному тиску (V=V₀) мінімуму повної енергії E(,₁) відповідає структура B31 з параметрами =0.16, ₁=0.14. У подальшому дослідження стабільності ґратки відносно структурних викривлень проводилось лише вздовж лінії =₁. У цьому випадку для атмосферного тиску й немагнітного (NM) стану мінімум енергії E(,₁=) відповідає структурі B31 (=₁=0.15). Під NM станом маємо на увазі вироджений за спіном стан (щільності станів із спіном вгору і спіном вниз - однакові). У FM стані мінімум енергії відповідає «високоспіновому» стану із структурою B8₁ (=₁=0). Обчислена величина магнітного моменту марганцю m=2.95м_B добре узгоджується з експериментально спостережуваними індукованими магнітоструктурними переходами з низькосиметричної PM фази у високосиметричну FM фазу. При стисканні ґратки фаза B31 стає більш стійкою в «низькоспіновому» (m=1.6м_B) стані (V/V₀=0.8), що узгоджується з магнітоструктурними переходами «високий спін» - «низький спін» при стисканні MnAs або заміщенні арсену фосфором, які спостерігаються експериментально.

Фосфід марганцю при атмосферному тиску (V=24.69 Е³) - феромагнетик з кристалічною структурою B31 та «низькоспіновим» магнітним моментом Mn (m=1.31.4м_B). Розширення ґратки призводить до появи «високоспінового» (m=3.1µ_B при V=34.5Е³) FM упорядкування, яке стабілізує невикривлену (=0) кристалічну структуру B8₁. Таким чином, зміну магнітних властивостей MnAs при заміщенні As фосфором зумовлено, в основному, стисканням кристалічної ґратки.

Тому, при якісній інтерпретації механізму магнітоструктурних переходів у MnAs слід виходити з уявлення про головну роль ступеня заповнення «антиз'єднувальних» d-станів. Коли їх заповнення перевищує певне критичне значення (що спостерігається у «високоспіновій» фазі для підзони «спін вгору»), енергетичні зв'язки Mn-Mn забезпечують мінімум повної енергії для структури B8₁ (=₁=0). У «низькоспіновій» фазі ступінь заповнення «антиз'єднувальних» станів є недостатнім для стабілізації структури B8₁, і тому виникнення структурних викривлень вигідно енергетично.

У третьому розділі досліджується вплив хімічного складу на електронну структуру й локальні магнітні характеристики феромагнітних сплавів Mn_1-xA_xAs_1-yB_y з NiAs структурою. Основні результати цього розділу опубліковано у роботі [4*] й представлено на конференціях [9*-11*].

Високі ефективність й екологічна чистота магнітних рефрижераторів, що ґрунтуються на використанні магнітокалоричного ефекту (МКЕ), роблять їх реальною альтернативою парокомпресійним системам для роботи у широкій області температур, включаючи кімнатні. MnAs є одним з найбільш привабливих матеріалів для магнітних рефрижераторів завдяки великому магнітокалоричному ефекту, що супроводжує процес індукування магнітним полем фазового переходу I-го роду з парамагнітного (PM) у феромагнітний (FM) стан поблизу точки Кюрі. Спонтанні й індуковані магнітним полем переходи PM-FM у MnAs відбуваються із зміною типу кристалічної структури B31B8₁ і супроводжуються великим гістерезисом (температурним або польовим), що мало припустимо для практики. Проблема може бути вирішена шляхом відповідного катіонного або аніонного заміщення, яке забезпечує збереження чи невелике збільшення параметрів ґратки B8₁ (інакше при легуванні в низькотемпературній області стабілізується структура B31, що призводить до пригнічення «високоспінового» FM стану й зникнення переходу PM-FM) [5]. Вибір оптимального заміщення є нетривіальною задачею внаслідок необхідності одночасного задоволення ряду умов: зменшення гістерезису, збереження чи збільшення стрибку намагніченості і великої швидкості її зміни при переході PM-FM, отримання переходу за потрібної температури. У даному розділі обчислюваними методами досліджується проблема оптимального легування MnAs за критерієм максимізації стрибку намагніченості. При цьому, виходячи з наявних літературних даних, припускається виконання також інших двох критеріїв для області кімнатних температур.

Розрахунки електронної структури й поведінки локальних і повного магнітних моментів MnAs при різних варіантах катіонного й аніонного заміщень проведено повністю релятивістським ККР-ПКП методом [2] для FM стану. Для кристалічного потенціалу використовувалось наближення атомних сфер. Обмінно-кореляційна енергія обчислювалась у LDA наближенні [7]. Базові параметри кристалічної ґратки отримані з експерименту [8] (група симетрії P6₃/mmc) a=3.730 Е, c=5.665 Е. Розрахований магнітний момент Mn: M_Mn=3.36 м_B, загальний магнітний момент у розрахунку на формульну одиницю M_MnAs=3.14 м_B. Для порівняння, у [8] отримано M_Mn=3.32 м_B, M_MnAs=3.22 м_B, а нейтронографія дає M_MnAs=3.3±0.1 м_B при T=4.2 K [9].

Далі розраховано зміну магнітних моментів при різних варіантах заміщення MnAs з метою вибору оптимального. У ролі елементів, що заміщують Mn, розглядались лише атоми 3d металів. Аналіз даних літератури показує, що лише в Mn_1-xTi_xAs при достатньо великих x зберігається FM фаза із структурою B8₁, тобто з обраного ряду лише Ti підходить як легуючий елемент. Однак, збільшення концентрації Ti (як і решти елементів, що досліджуються) призводить до зменшення загального моменту елементарної комірки, при цьому магнітний момент Mn практично не змінюється. Для перевірки використаного підходу аналогічні розрахунки було проведено для експериментальних параметрів ґратки Mn_1-xTi_xAs [5]. У розглянутому діапазоні концентрацій (x?0.1) повний магнітний момент із зростанням x зменшується лінійно і для x=0.1 складає M_total=-0.6 м_B (M_MnAs=-0.3 м_B). Експеримент дає M_MnAs=-0.4 м_B (магнітні вимірювання [5]).

Таблиця 2- Вплив Se на електронну структуру атомів Mn

	M(Mn), мB	n(Mn)	n^	nv
MnAs	3.36	6.90	5.13	1.77
MnAs0.9Se0.1	3.41	6.87	5.14	1.73
MnAs0.8Se0.2	3.45	6.88	5.15	1.70

У ролі елементів, що заміщують As, розглянуто окремі елементи IV, V, VI, VII, VIII груп періодичної таблиці, які, за даними літератури, можуть забезпечувати виконання відзначених вище умов. Встановлено, що більшість із розглянутих елементів із зростанням концентрації y трохи зменшують (Рис.4) магнітні моменти катіона і елементарної комірки. Однак, Se та S при заміщенні As збільшують магнітні моменти Mn. Більше зростання постерігається при утворенні вакансій у підґратці As, але на практиці така ситуація малоймовірна, оскільки синтез MnAs з надлишком Mn скоріш за все призведе до виділення вільного металу на межах кристалічних зерен і на поверхні зразка. Окрім того, утворення вакансій у підґратці As повинне супроводжуватися стисканням ґратки. Наслідком чого буде пригнічення B8₁ (FM) фази.

Таким чином, найбільш перспективною для магнітокалоричних застосувань є система MnAs_1-ySe_y. Зростання намагніченості при збільшенні y викликане зміною електронної структури. Щільність 3d-електронів Mn містить два піки, які розташовані нижче рівня Фермі для підзони «спін вгору» та у різні боки для підзони «спін вниз». При збільшенні концентрації Se відбувається перерозподіл електронних станів між піками: площина нижнього піку зменшується, а верхнього - збільшується. При цьому число d-електронів Mn із спіном «вниз» зменшується, а із спіном «вгору» - збільшується. У результаті повне число d-електронів на Mn залишається практично незмінним, а магнітний момент зростає.

Отже, проведений аналіз вказує, що Se може забезпечити раціональне легування MnAs. Однак, у літературі є відомості про малу розчинність Se в MnAs [10]. Саме тому було проаналізовано можливість утворення MnAs_1-ySe_y (0?y?0.2) із структурою B8₁, як при фіксованих параметрах ґратки, так і з урахуванням її можливого розширення при заміщенні As на Se. Залежності параметрів ґратки MnAs_1-ySe_y від концентрації Se оцінювалися з використанням лінійної інтерполяції між параметрами NiAs ґратки MnAs (a=3.730 Е, c=5.665 Е) і MnSe(a=3.84 Е, c=6.39 Е) [11]. При температурах вище ?270К MnSe має кристалічну структуру типу NaCl (a=5.45 Е) [11]. Для певних y було обчислено енергію утворення сплаву E

E =E(MnAs_1-ySe_y)-(1-y)E(MnAs)-yE(MnSe), (1)

де E(MnAs_1-ySe_y) - повна енергія сплаву, E(MnAs) - повна енергія MnAs із структурою B8₁, E(MnSe) - повна енергія MnSe із структурою NaCl (параметри кристалічної ґратки отримані з [11] при 300К). Усі енергії беруться в розрахунку на формульну одиницю. Результати розрахунків 6. При фіксованих параметрах ґратки утворення сплаву більш вигідне ніж існування двофазної системи. Однак, врахування розширення ґратки значно зменшує виграш в енергії при утворенні сплаву і робить його малим порівняно з енергією kT, що відповідає температурі спікання. Тому виготовлення сплавів MnAs_1-ySe_y стандартним методом порошкової металургії виявляється проблематичним. Виправити ситуацію, мабуть, можливо за допомогою альтернативних методів приготування зразків, наприклад, високошвидкісного загартування з рідкої фази, що забезпечує гомогенний розподіл елементів.

У четвертому розділі досліджувався вплив складу на електронну структуру Mn_2-xFe_xAs_yP_1-y повністю релятивістським методом Корринги-Кона-Ростокера [2]. При побудові кристалічного потенціалу використовувалось наближення атомної сфери. Обмінно-кореляційна енергія обчислювалась у LDA наближенні [7]. Сплави системи Mn_2-xFe_xAs_1-yP_y мають гексагональну кристалічну структуру типу Fe₂P (група симетрії - , Рис.7). Обчислення їх електронної структури проводилось для FM стану в наближенні когерентного потенціалу для моделі невпорядкованого сплаву. Основні результати цього розділу опубліковано в роботах [5*, 6*, 8*] і представлено на конференціях [12*-16*].

Електронна будова сплавів системи Mn_2-xFe_xAs_yP_1-y є типовою для пніктидів перехідних металів і слабко залежить від їх складу. Наведено повну та парціальні щільності електронних станів для MnFeAs_0.66P_0.34. Спектр зайнятих станів містить s-полосу As і P поблизу E?0Ry. Зону провідності розташовано вище E=0.25Ry та утворено 3d-станами Mn і Fe з невеликою домішкою s-, p-станів As і P, що вказує на їх гібридизацію. Приферміївські стани переважно d-типу. Розраховані величини магнітного моменту елементарної комірки M_total(12.8м_В) і магнітних моментів Mn (2.9м_B) і Fe (1.49м_B) узгоджуються з результатами роботи [12] (M(Mn)=2.9м_B , M(Fe)=1.3м_B, M_total=12.3м_B) й задовільно узгоджуються з експериментом [13] (M(Mn)=2.6м_B, M(Fe)=1.3м_B, M_total=11.4м_B). Локальні магнітні моменти аніонів не перевищують 0.15м_B, що свідчить про їх індукований характер.

З Рис.9 видно, що більший магнітний момент Mn зумовлений сильним спіновим розщепленням d-зони (n(Mn 3d^{^})=4.28, n(Mn 3d^v)=1.4). Спінове розщеплення може бути визначено як відстань між центрами спінових підзон. Для Mn воно складає 0.13 Ry, а для Fe 0.06Ry. Ця різниця і є причиною того, що магнітний момент Mn(2.9м_B) вдвічі перевершує магнітний момент Fe(1.49м_B). Також було здійснено тестові розрахунки для Fe₂P з експериментальними параметрами ґратки (a=5.878 Е, c=3.46 Е) [14]. Величини магнітних моментів (M(Fe_I)=1.18_B, M(Fe_II)=2.02_B, M_total=9.3_B) находяться у задовільній згоді з даними нейтронографії [14] (M(Fe_I)=0.96_B, M(Fe_II)=2.31_B) та даними магнітних вимірювань [15] (M_total=8.8_B на елементарну комірку).

Основну увагу в даному розділі приділено дослідженню електронної структури Mn_2-xFe_xAs_0.5P_0.5, (CFM - скошена феримагнітна структура). Розрахована намагніченість добре узгоджується з експериментальною залежністю намагніченості насичення у області x>0.8 і розбігається при x<0.8. Це можна пояснити, якщо припустити, що в області x<0.8 фаза із спонтанною намагніченістю не є феромагнітною, а має домішок антиферомагнітної компоненти (CFM фаза). Подальші експериментальні дослідження підтвердили це. Так, залежність ефективного парамагнітного моменту (M_PM) від концентрації Fe поводить себе згідно з даними розрахунків - зростає при зменшенні x. Тому величина магнітного моменту елементарної комірки продовжує збільшуватись. Цей висновок підтверджується даними роботи [5*], де булоекспериментально визначено існування температури Нееля для x<0.8 і потрійної точки в області x?0.8. Отже, фазові переходи вздовж лінії зникнення намагніченості є переходами типу «порядок-порядок» (CFM-AF). Подібний перехід передбачає збереження магнітного моменту за модулем, тобто не потребує великих енергетичних трат.

Ще однією особливістю досліджуваної системи є знайдена експериментально в роботі [6*] слабка чутливість намагніченості насичення й критичних полів до зовнішнього тиску. Цей ефект можна пояснити, якщо врахувати, що число d-електронів зростає як при стисканні кристалу, так і при збільшенні x. Таким чином, стискуючи кристал, ми «ефективно» збільшуємо концентрацію Fe, тобто намагніченість насичення.

У п'ятому розділі досліджувалась електронна структура колінеарних станів сплавів Fe_2-xMn_xAs. Основні результати розділу опубліковано в роботі [7*] й апробовано на конференції [17*].

Тверді розчини системи Fe_2-xMn_xAs мають тетрагональну кристалічну структуру (P4/nmm). Вихідні сполуки: Fe₂As и Mn₂As - антиферомагнетики. Антиферомагнітне (AF) впорядкування в них відрізняється орієнтацією магнітних моментів атомів у сусідніх позиціях (Рис.11). У Fe₂As вони орієнтовані паралельно, а в Mn₂As - антипаралельно. Таким чином, ці два типи AF виключають один одного. При утворенні твердих розчинів Fe_2-xMn_xAs має місце конкуренція, яка призводить до виникнення низькотемпературної феримагнітної (Fi) фази.

Таблиця 4-

Колінеарні магнітні конфігурації

	FM	FIM-I	FIM-II	FIM-III	AF1-1	AF1-2	AF2-1	AF2-2
MnI	>	<	>	<	<	>		<
FeI	>	>	<	<	<	<		>
MnII	>	>	>	>	<	<	<	<
MnII	>	>	>	>	>	>	>	>
MnI	>	<	>	<	>	<	<	>
FeI	>	>	<	<	>	>	<	<
MnII	>	>	>	>	>	>	>	>
MnII	>	>	>	>	<	<	<	<
MnI	>	<	>	<	<	>	>	<
FeI	>	>	<	<	<	<	>	>

Електронна структура цієї фази практично не досліджена. У літературі є відносно повні дані лише для чистих сполук Mn₂As, FeMnAs. Дані з електронної структурі сплавів відсутні. Це пов'язане як із складністю їх будови (12 атомів у магнітній комірці), так і з можливістю реалізації великої кількості магнітних структур, що необхідно враховувати при розрахунках. У цьому розділі здійснено спробу виправити цей недолік і проведено розрахунки електронної структури Fe_2-xMn_xAs в області x=1.28-1.35 для 8 типів колінеарних магнітних структур (табл.4). Цю область концентрацій обрано, оскільки саме тут спостерігаються як AF, так і Fi фази, а в сильних магнітних полях можливе індукування високомагнітної фази. Окрім того, для складу з x=1.28 в літературі є дані нейтронографії [17], згідно з якими АF структура визначена як Mn₂As типу, що суперечить даним непрямих вимірювань, за якими було побудовано фазову діаграму, зображену на Рис.11 (АF типу Fe₂As). Тому результати розрахунків можуть дати додаткову інформацію про кореляції магнітних моментів Fe_I та Mn_I. У цій роботі зроблено припущення, що AF фаза у Fe_0.71Mn_1.29As має подвоєну, порівняно з кристалографічною (Табл.4), комірку й може мати одну з чотирьох AF конфігурацій (Табл.4).

Для феримагнітної фази, що реалізується в полях з напруженістю більше ніж 550 кЕ, розглядалось чотири колінеарні феримагнітні конфігурації з магнітною коміркою, що збігається з кристалографічною (Табл.4). Також для повноти картини було розраховано електронну структуру немагнітного (NM) та спін-скляного (SG) станів сплаву Fe_0.71Mn_1.29As.

Таблиця 5-

Характеристики колінеарних магнітних конфігурацій за даними розрахунків

Тип структуры	M(FeI),мB	M(MnI), мB	<MI>, мB	M(MnII), мB	MI+MII+MAs, мB	(E-EFM)/f.u., Ry
Fe0.71Mn1.29As, a=3.75 Е, c=6.178 Е, EFM/f.u.=-9304.507065 Ry
NM	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.0446
SG	2.12	2.48	2.22	3.13	0.00	0.00655
FM	2.21	2.21	2.21	2.95	5.02	0.0
FIM-I	2.21	-2.63	0.81	3.10	3.81	-0.0006
FIM-II	-2.09	2.39	-0.79	3.26	2.45	0.00525
FIM-III	-1.98	-2.33	-2.08	3.40	1.34	0.000105
AF1-1	2.29	2.47	2.34	3.02	5.28	-0.00309
AF1-2	2.22	-2.59	0.82	3.07	3.86	-0.00177
AF2-1	-2.13	-2.37	-2.20	3.32	1.18	0.00547
AF2-2	-2.08	2.46	-0.76	3.21	2.47	0.007235
Fe0.69Mn1.31As, a=3.753 Е, c=6.194 Е, EFM/f.u.=-9299.94334 Ry
FM	2.23	2.23	2.23	2.97	5.06	0.0
FIM-I	2.22	-2.64	0.71	3.12	3.75	-0.00046
FIM-II	-2.10	2.42	-0.70	3.27	2.57	0.00549
FIM-III	-2.00	-2.35	-2.11	3.42	1.34	0.00006
Fe0,65Mn1,35As, a=3.76 Е, c=6.225 Е, EFM/f.u.=-9290.8149 Ry
FM	2.27	2.26	2.26	3.02	5.14	0.0
FIM-I	2.26	-2.68	0.53	3.16	3.61	-0.001
FIM-II	-2.14	2.49	-0.52	3.29	2.74	0.0051
FIM-III	-2.04	-2.39	-2.16	3.45	1.31	-0.0009

Для дослідження впливу типу магнітного впорядкування на електронну структуру Fe_2-xMn_xAs застосовувався повністю релятивістський метод Корринги-Кона-Ростокера [2]. При побудові кристалічного потенціалу використано наближення атомної сфери. Обмінно-кореляційна енергія обчислювалась у LDA наближенні [7]. Розрахунки електронної структури сплавів проводились у наближенні когерентного потенціалу для моделі невпорядкованого сплаву.

Отримані в результаті розрахунків величини магнітних моментів й енергії магнітних конфігурацій відносно феромагнітної наведено в Табл.5 (в розрахунку на формульну одиницю). Початок відліку енергій FM конфігурацій відповідає порожній ґратці. Порівняння повних енергій показує, що найменшу енергію має конфігурація AF1-1. Дещо вища за енергією AF1-2 фаза (E=0.00132Ry?200K). Наслідком такого близького розташування конфігурацій за енергією може бути магнітний фазовий перехід AF1-1-AF1-2 при низьких температурах. Цей перехід пов'язаний зі зміною орієнтації магнітного моменту Mn_I, яка призводить до зменшення середнього магнітного моменту в позиції I приблизно втричі (від 2.34м_B у AF1-1 до 0.82м_B у AF1-2). Магнітний момент Mn_II при цьому практично не змінюється (3.02м_B та 3.07м_B для AF1-1 та AF1-2, відповідно). Ще вище за енергією розташовано 4 феримагнітні конфігурації. Конфігурації типу Mn₂As (AF2-1, AF2-2), одна з котрих, згідно з [17], описує AF фазу в Fe_0.72Mn_1.28As, розташовано найвище за енергією (E?0.02Ry?3000K). Таким чином, енергетично найбільш вигідною є конфігурація AF1-1. Це узгоджується з фазовою діаграмою, проте суперечить даним нейтронографії [17].

Розбіжність результатів розрахунків з даними нейтронографії може бути викликана такими причинами: або вимірюваний у [17] зразок не відповідав необхідному діапазону концентрацій за Mn (інформація про методику отримання зразків в [17] відсутня, а постійні ґратки для x=1.28 сильно відрізняються від даних роботи [16] за тих самих температур і скоріше відповідають складу з x?1.5, магнітна структура якого - AF2), або містив вакансії по As. За результатами розрахунків, проведених для феримагнітних конфігурацій (Табл.4) системи Fe_0.69Mn_1.31As_1-y (y0), зміна вмісту As при фіксованій ґратці може призвести до кардинальної зміни енергетичного балансу між різними типами феримагнітних конфігурацій і, як наслідок, спричинити зміну типу магнітної конфігурації з найменшою енергією. Подібна ситуація не може бути виключена і для AF фази досліджуваного сплаву, якщо припустити можливість не контрольованого відхилення змісту As і, як наслідок, енергетичну інверсію між структурами AF1 і AF2.

У процесі дослідження питання щодо типу магнітної структури низькотемпературної Fi фази розглянуто три колінеарних феримагнітних структури, магнітна комірка яких збігається з кристалографічною. Помітне перевищення повних магнітних моментів усіх розрахованих колінеарних структур над експериментальним значенням, яке обчислено за намагніченістю низькотемпературної фази у сплавах Fe_2-xMn_xAs, вказує на те, що розраховані структури не описують структуру низькотемпературної фази зі спонтанною намагніченістю. Експериментальна залежність намагніченості насичення в сильних магнітних полях (H?530ч560 кЕ) змінюється від 1.96 м_B (Fe_0.71Mn_1.29As) до 2.785 м_B (Fe_0.65Mn_1.35As) [18]. За результатами розрахунків, наведених у Табл. 5, таке зростання магнітного моменту відповідає лише конфігурації FIM-II. З цієї точки зору високопольові фази найближчі до типу FIM-II.

ВИСНОВКИ

1. Заповнення «антиз'єднувальних» станів d-зони внаслідок обмінного розщеплення (MnAs) чи збільшення числа d-електронів (NiAs) зумовлює стабілізацію «невикривленої» гексагональної фази.

2. Стискання кристалу, яке призводить до зменшення обмінного розщеплення і спустошення «антиз'єднувальних» станів d-зони, стабілізує «низькоспінову» феромагнітну фазу із структурними викривленнями в стиснутому MnAs.

3. Виявлено декілька варіантів аніонного заміщення MnAs_1-yB_y (B=S, Se), які дають можливість збільшити магнітний момент Mn, що може представляти інтерес для практики.

4. Визначено області стабілізації феромагнітної і антиферомагнітної фаз на діаграмі станів системи Mn_2-xFe_xAs_0.5P_0.5 шляхом порівняння експериментальних і розрахованих залежностей магнітного моменту від концентрації заліза.

5. З'ясовано, що слабку чутливість намагніченості насичення і критичних полів Mn_2-xFe_xAs_0.5P_0.5 до зовнішнього тиску зумовлено переходом частки електронів з s-зони у d-зону.

6. Обґрунтовано металічний характер провідності антиферомагнітної фази в системі Fe_2-xMn_xAs.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

Savrasov S. Yu. Full-potential linear-muffin-tin-orbital method for calculating total energies and forces / S. Yu. Savrasov, D.Yu. Savrasov // Phys.Rev.B. - 1992. - V.46. - P.12181-12195. - режим доступу до програми: http://www.physics.ucdavis.edu/~savrasov/Projects/Software/MindLab/text.htm

Ebert H. Fully relativistic band structure calculations for magnetic solids - Formalism and Application / H. Ebert // Electronic Structure and Physical Properties of Solids [ed. H. Dreyssй ]. - 2000. - P.191. - (Lecture Notes in Physics, vol. 535). - режим доступу до програми: http://olymp.cup.uni-muenchen.de/ak/ebert/SPRKKR

Немошкаленко В.В. Методы вычислительной физики в теории твердого тела. Зонная теория металлов / В.В. Немошкаленко, В.Н. Антонов. - К.: Наукова думка, 1985. - 408 c.

Effects of pressure on the magnetic properties of MnAs / N. Menyuk, J. A. Kafalas, K. Dwight, J. B. Goodenough // Physical Review. - 1969. - V.177. - P. 942-950.

Завадский Э.А. Магнитные фазовые переходы / Э.А. Завадский, В.И.Вальков. - К.: Наукова думка, 1980. - 196 с.

Завадский Э. А. Взаимосвязь магнитных и структурных свойств и особенности реализации фазовых переходов в арсениде марганца и сплавах на его основе / Завадский Э. А., Каменев В. И., Стефановский Е. П., Cукстанский А. Л., Яблонский Д. А. - ДонФТИ, 1991. - 52 с. - (Препринт / НАН Украины, Донецкий физ.-техн. ин-т; ДонФТИ 91-14).

Vosko S.H. Accurate spin-dependent electron liquid correlation energies for local spin-density calculations: a critical analysis / S.H.Vosko, L.Wilk, M.Nusair // Can.J.Phys. - 1980. - V.58. - P.1200-1211.

Sandratskii L. M. Unusual sequence of phase transitions in MnAs: First-principles study / L. M. Sandratskii, E. Sasioglu // Phys.Rev.B. - 2006. - V.74. - P.214422-214428.

Phase transitions in MnAs / A. Zieba, K. Selte, A. Kjekshus, A. F. Andersen // Acta Chemica Scandinavica A. - 1978. - V.32. - P.173-178.

Pressure-Induced Colossal Magnetocaloric Effect in MnAs / S.Gama, A.A.Coelho, A.de Campos [et al.] // Phys.Rev.Lett. - 2004. - V.93. - P.237202-237206.

Low temperature magnetic structure of MnSe / J. B. C. Efrem D`Sa, P. A. Bhobe, K. R. Priolkar [et.al.] // PRAMANA. - 2004. - V.63. - P.227-232.

Samolyuk G. D. Magneto-structural phase transition in Gd₅(Si₂Ge₂) and MnFe(P_1/3As_2/3) systems / G. D. Samolyuk, V.P. Antropov // J. Appl. Phys. - 2003. - V.93. - P.6882-6884.

Magnetoelastic transition and antiferro-ferromagnetic ordering in the system MnFeP_1?yAs_y / M. Bacmann, J.-L. Soubeyroux, R. Barrett [et al.] // JMMM. - 1994. - V.134. - P.59-67.

Scheerlinck D. Neutron diffraction study of the magnetic structure of Fe₂P / D. Scheerlinck, E. Legrand // Solid State Communications. - 1978. - V.25. - P.181

Magnetic properties of Fe₂P single crystal / H. Fujii, T. Hokabe, T. Kamigaichi, T. Okamoto // Journal of the Physical Society of Japan. - 1977. - V.43. - P.41-46.

Kanomata T. Magnetic Phase Transitions in the Fe₂As-Mn₂As System / T. Kanomata, T. Goto, H. Ido // Journal of the Physical Society of Japan. - 1977. - V.43. - P.1178-1184.

A neutron powder diffraction study of the crystal and magnetic structure of Fe_0.72Mn_1.28As at 295 and 10 K / V. Baron, M. Neronin, H. Rundlof, R. Tellgren // JMMM. - 1997. - V.169. - P.271-278.

Magnetic field-induced phase transitions in Fe_2-xMn_xAs / K. Sugiyama, T. Kanomata, H. Ido, M. Date // Journal of the Physical Society of Japan. - 1988. - V.57. - P.1558-1561.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ РОБІТ

Вальков В. И. Электронный механизм структурных фазовых переходов в арсениде марганца / В. И. Вальков, А. В. Головчан // ФНТ. - 2004. - Т.30. - С.945-957.

Вальков В. И. Взаимосвязь между спиновым состоянием марганца и стабильностью кристаллической структуры соединений MnAs и MnP / В. И. Вальков, А. В. Головчан // ФНТ. - 2005. - Т.31. - С.695-702.

Вальков В.И. Изменение энергии основного состояний MnAs при индуцированных давлением магнитоструктурных переходах «высокий спин - низкий спин» / В.И.Вальков, А.В. Головчан // ФТВД. - 2005. - Т.15,№1.

Головчан А. В. Электронная структура и ферромагнитное поведение сплавов Mn_1-xA_xAs_1-yB_y / А. В. Головчан, И.Ф.Грибанов // ФНТ. - 2008. - Т.34. - С.1177-1183.

Вальков В. И. Особенности спонатнных и индуцированных магнитным полем магнитоупорядоченных фаз в сплавах системы Mn_2-xFe_xAs_0.5P_0.5 / В. И. Вальков, Д. В. Варюхин, А. В. Головчан // ФНТ. - 2008. - Т.34. - С.536-547.

Влияние давления на устойчивость магнитоупорядоченных состоянй в сплавах системы Mn_2-xFe_xAs_0.5P_0.5 / В. И. Вальков, Д. В. Варюхин, А. В. Головчан, И. Ф. Грибанов, А. П. Сиваченко, В. И. Каменев, Б. М. Тодрис // ФНТ. - 2008. - Т.34. - С.927-941.

Вальков В. И. Электронная структура коллинеарных состояний в магнитоупорядоченных фазах некоторых сплавов системы Fe_2-xMn_xAs / В. И. Вальков, А. В. Головчан // ФНТ. - 2008. - Т.34. - С.53-60.

Грибанов И.Ф. Магнитное поведение некоторых железо-марганцевых пниктидов при сжатии решетки. Вычислительный эксперимент / И.Ф. Грибанов, А.В. Головчан, В. И. Вальков // ФТВД. - 2007. - Т.17. - С.86-92.

Грибанов И. Ф. Исследование возможности оптимизации сплавов для магнитного охлаждения на основе арсенида марганца / И. Ф. Грибанов, А. В. Головчан // Упорядочение в минералах и сплавах : 10-й междунар. симпозиум, 19-24 сент. 2007г. : сб. докл. - Сочи, 2007. - С. 106-109.

Gribanov I. F. First principle study of the ferromagnetic behavior in the magnetic refrigeration MnAs based alloys / I. F. Gribanov, A.V.Golovchan // Functional Materials : International conf. 1-6 oct. 2007 : proceedings. - Partenit, 2007. - P.20.

Вальков В. И. Влияние вариации состава и параметров решетки на магнитные свойства пниктидов Mn с NiAs структурой / В.И.Вальков, А.В.Головчан, И.Ф.Грибанов // Актуальные проблемы физики твердого тела : междунар. конф., 23-26 окт. 2007г.: сб. докл. - Минск,2007. - С.214-217.

Грибанов И. Ф. Электронная структура и ферромагнетизм сплавов системы Mn_1+xFe_1-xAs_yP_1-y / И. Ф.Грибанов А. В. Головчан, В. И. Вальков // Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах : 8-й междунар. симпозиум, 12-16 сентября 2005 г. : труды конф. - Сочи, 2005. - С.220-222.

Грибанов И.Ф. Вариация локальных магнитных моментов в сплавах для магнитного охлаждения Mn_1+xFe_1-xAs_yP_1-y / И. Ф. Грибанов, А. В. Головчан, В. И. Вальков // Актуальные проблемы физики твердого тела: 2-я международная конференция, 26-28 октября 2005г. : труды конф. - Минск, 2005. - С.165-167.

Грибанов И. Ф. Магнитное поведение некоторых железо-марганцевых пниктидов при сжатии решетки. Вычислительный эксперимент / И.Ф. Грибанов, А.В.Головчан, В.И. Вальков // Высокие давления-2006. Фундаментальные и прикладные аспекты: 9-ая междунар. конф., 17-22 сент. 2006г.: тезисы докл. - Донецк, 2006. - С.37.

Индуцированные магнитным полем переходы порядок-порядок в некоторых сплавах системы Mn_2-xFe_xAs_0.5P_0.5 / Д. В. Варюхин, В. И. Вальков, И. Ф. Грибанов, Б. М. Тодрис, А. В. Головчан // Актуальные проблемы физики твердого тела : междунар. конф., 23-26 окт. 2007 г. : сборник докл. - Минск,2007. - С.210-213.

Вальков В. И. Особенности барической устойчивости низкотемпературных магнитоупорядоченных фаз в системе Mn_2-xFe_xAs_0.5P_0.5 / В. И. Вальков, Д. В. Варюхин, А. В. Головчан // Высокие давления - 2009. Фундаментальные и прикладные аспекты: 10-я междунар. конф., 16-20 сент. 2008г.: тезисы докл. - Донецк,2008. - С.56.

Valkov V. I. First principle band structure of Fe_2-xMn_xAs alloys / V. I. Valkov, A. V. Golovchan // Functional Materials: international conf., 1-6 oct. 2007.: proceedings - Partenit,2007. - P.40.

АНОТАЦІЯ

Головчан О.В. «Взаємозв'язок електронної, магнітної та кристалічної структур у залізо-марганцевих пніктидах» - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О.Галкіна НАН України, Донецьк, 2009р.

Дисертацію присвячено систематичному дослідженню електронної структури залізо-марганцевих пніктидів методами теорії функціоналу густини.

Показано, що зміна симетрії кристалічної ґратки MnAs при виникненні феромагнетизму обумовлена конкуренцією магнітного і структурного параметрів порядку.

Проведено систематичне дослідження впливу аніонного і катіонного заміщень на електронну структуру та величини локальних магнітних моментів гексагонального MnAs. Запропоновано рекомендації щодо вибору оптимального, з точки зору магнітокалоричних застосувань, легування.

Зіставлення даних розрахунків електронної структури Mn_2-xFe_xAs_yP_1-y з експериментальними даними надало можливість передбачити та експериментально виявити існування потрійної точки на фазовій діаграмі температура-концентрація, а також обґрунтувати та запропонувати концепцію змішаних магнітних станів, яка несуперечливо пояснює поведінку цих сплавів у магнітному полі.

Ключові слова: залізо-марганцеві пніктиди, локальні магнітні моменти, щільність електронних станів, електронна структура.

АННОТАЦИЯ

Головчан А.В. «Взаимосвязь электронной, магнитной и кристаллической структур в железо-марганцевых пниктидах».- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Донецкий физико-технический институт им. А.А.Галкина НАН Украины, Донецк, 2009г.

В диссертации проводится систематическое исследование электронной структуры и локальных магнитных характеристик железо-марганцевых пниктидов методами теории функционала электронной плотности.

Показано, что в MnAs и MnP при изменении объема решетки происходит непрерывный переход от «высокоспинового» к «низкоспиновому» состоянию, причем магнитный момент Mn оказывается одинаковым при равных объемах. Исходя из результатов расчетов полной энергии MnAs и MnP как функции структурных параметров порядка установлено, что «высокоспиновое» состояние подавляет структурные искажения, а «низкоспиновое» - усиливает их.

Впервые проведено систематическое исследование влияния анионного и катионного замещений на электронную структуру и величины локальных магнитных моментов гексагонального MnAs. Показано, что большинство из рассмотренных элементов приводят к уменьшению локальных магнитных моментов Mn. Однако существует несколько вариантов анионного замещения MnAs_1-yB_y (B=S, Se), позволяющих увеличить магнитный момент Mn, что может представлять интерес для практики.

Сопоставление данных расчетов электронной структуры системы твердых растворов Mn_2-xFe_xAs_yP_1-y с экспериментальными данными позволило предсказать и экспериментально обнаружить существование тройной точки на фазовой диаграмме температура-концентрация. А также предложить и обосновать концепцию смешанных магнитных состояний, непротиворечиво объясняющую поведение этих сплавов в магнитном поле.

Установлено, что слабая чувствительность намагниченности насыщения и критических полей Mn_2-xFe_xAs_0.5P_0.5 к внешнему давлению обусловлена переходом части s-электронов в d-зону при сжатии кристаллической решетки.

Впервые исследовано влияние типа магнитного порядка на электронную структуру ряда сплавов системы Fe_2-xMn_xAs с тетрагональной кристаллической решеткой. Рассмотрены различные варианты коллинеарных антиферромагнитных (x=1.29) и ферримагнитных (x=1.29, 1.31, 1.35) структур. Показано, что в Fe_0.71Mn_1.29As наименьшей энергией обладает антиферромагнитная структура типа Fe₂As, что согласуется с данными магнитных измерений, но противоречит данным нейтронографии. Установлено, что при появлении антиферромагнитного упорядочения в системе Fe_2-xMn_xAs сохраняется металлический характер проводимости, хотя на плотности электронных состояний и возникает провал в районе уровня Ферми. Для определения возможной магнитной структуры ферримагнитной фазы, индуцируемой в исследуемых сплавах сильным магнитным полем, исследовано четыре ферримагнитных конфигурации, магнитная ячейка которых совпадает с кристаллографической. Обнаружено, что для одной из них зависимость намагниченности от концентрации Mn удовлетворяет экспериментальным данным. Из сопоставления результатов расчетов с нейтронографическими данными и данными магнитных измерений сделан вывод о целесообразности проведения уточняющих нейтроннодифракционных исследований системы Fe_2-xMn_xAs в области 1.29?x?1.52.

...