Электронный механизм структурных фазовых переходов в арсениде марганца

Abstract

Проведено обобщение спин-флуктуационной теории магнетизма для магнетиков со сложной кристаллической и магнитной структурой. Получено выражение для свободной энергии системы коллективизированных p-, d-электронов, описываемой гамильтонианом Хаббарда, при учете статических смещений ионных остовов, приводящих к изменению симметрии решетки. При расчете свободной энергии использовано приближение однородных локальных полей. Разработанный подход применен для изучения конкуренции магнитного и структурного параметров порядка в ферромагнитном MnAs при T = 0. Показано, что появление структурных искажений исходной никель-арсенидной решетки (отличного от нуля параметра структурного порядка) приводит к понижению средней энергии зонных электронов. Конкуренция электронной энергии и энергии ион-ионного взаимодействия обеспечивает возможность стабилизации этих искажений. Взаимодействие параметров структурного и магнитного порядков ответственно за подавление структурных искажений. Показано, что появление в системе намагниченности (спонтанной или индуцированной магнитным полем) может привести к восстановлению исходной никель-арсенидной структуры. Подобный магнитоструктурный переход наблюдается экспериментально.

Проведено узагальнeння спін-флуктуаційної теорії магнетизму для магнетиків зі складною кристалічною та магнітною структурою. Отримано вирази для вільної енергії системи колектив ізованих p-, d-электронів, яка описується гамільтоніаном Хаббарда, при врахуванні статичних зсувів іонних остовів, що приводить до зміни симетрії гратки. При розрахунку вільної енергії використовано наближення однорідних локальних полів. Розроблений підхід застосовано для вивчення конкуренції магнітного та структурного параметрів порядку в феромагн ітному MnAs при T = 0. Показано, що виникнення структурних викривлень вихідної нікель-арсенідної грати (відмінного від нуля параметру структурного порядку) приводить до зниження середньої енергії зонних електронів. Конкуренція електронної енергії та енергії іон-іонної взаємодії забезпечує можливість стабілізації цих викривлень. Взаємодія параметрів структурного та магнітного порядків відповідає за пригнічення структурних викривлень. Показано, що поява в системі намагніченості (спонтанної або індукованої магнітним полем) може привести до відновлення вихідної нікель-арсенідної структури. Подібний магнітоструктурний перехід спостерігається експериментально.

The spin-fluctuation theory of magnetism is generalized for magnets of a complex crystal and magnetic structure. An expression for free energy itinerant p,d-electrons described by the Hubbard Hamiltonian is obtained with allowance for static displacements of ionic cores which result in changes of the lattice symmetry. The approximation of uniform local fields is used to calculate free energy. The developed approach is applied to study the competition of magnetic and structural order parameters in ferromagnetic MnAs at T = 0. It is shown that the original structural distortions of the initial nickel-arsenide lattice (the nonzero structural-order parameter) cause the average energy of itinerant electrons to decrease. The distortions can be stabilized due to the competition between electronic energy and energy of ion-ion interaction of the crystal. The interaction of structural and magnetic order parameters is responsible for the suppression of structure distortions. It is shown that the magnetization (spontaneous or magnetic field induced) occurred in the system may result in the restoration of the initial nickel-arsenide structure. A similar magnetostructural transition is observed experimentally.