Анизотропия магнитных свойств и электронная структура диборидов переходных металлов

Abstract

Температурные зависимости магнитной восприимчивости c и ее анизотропии Δχ = χ|| - χ⊥ измерены для гексагональных монокристаллов диборидов переходных металлов MB₂ (M= Sc, Ti, V, Zr, Hf) в температурном интервале 4,2-300 К. Обнаружено, что величина анизотропии Δχ слабо зависит от температуры, изменяется немонотонно с заполнением гибридизованной ρ-d зоны проводимости и является наибольшей для диборидов переходных металлов IV группы. Расчеты "из первых принципов" электронной структуры диборидов и величины парамагнитных вкладов (спинового и Ван Флека) в их восприимчивость указывают на то, что поведение магнитной анизотропии обусловлено конкуренцией парамагнетизма Ван Флека и орбитального диамагнетизма электронов проводимости.

Температурні залежності магнитної сприйнятливості та її анізотропії Δχ = χ|| - χ⊥ виміряно для гексагональних монокристалів діборидів перехідних металів MB₂ (M = Sc, Ti, V, Zr, Hf) в температурному інтервалі 4,2–300 К. Виявлено, що величина анізотропії Δχ слабо залежить від температури, змінюється немонотонно із заповненням гібридизованої ρ-d зони провідності та є найбільшою для діборидів перехідних металів IV групи. Розрахунки «з перших принципів» електронної структури діборидів та величини парамагнітних вкладів (спінового та Ван Флека) в їхню сприйнятливість вказують на те, що поводження магнітної анізотропії зумовлено конкуренцією парамагнетизму Ван Флека та орбітального діамагнетизму електронів провідності.

The temperature dependences of magnetic susceptibility c and its anisotropy Δχ = χ|| - χ⊥ are measured for hexagonal single crystals of MB₂ compounds (M= Sc, Ti, V, Zr, Hf) in the temperature range 4.2–300 K. It is found that Δχ varies strongly and nonmonotonously with the filling of the hybridized ρ–d band. Besides Δχ is almost temperature independent and the largest for diborides of group IV transition metals. The ab initio calculations of electronic structure and paramagnetic spin and Van Vleck contributions to susceptibility of the diborides suggest that the behavior of magnetic anisotropy is dictated by the competition between Van Vleck paramagnetism and orbital diamagnetism of conduction electrons.