Особенности магнитных свойств редкоземельных интерметаллидов RMn₂Ge₂

Abstract

Магнитные и другие физические свойства тройных интерметаллических соединений RMn₂Ge₂ (R - редкая земля) представляют большой интерес из-за эффектов, связанных с сосуществованием 3d (марганцевой) и 4f (редкоземельной) магнитных подсистем. Слоистая структура, сильная чувствительность обменных параметров к межатомным расстояниям, антиферромагнитное обменное взаимодействие в марганцевой подсистеме в интерметаллидах с тяжелыми редкими землями и заметные эффекты кристаллического поля в редкоземельной подсистеме обусловливают сложные магнитные фазовые диаграммы этих соединений. Дан обзор экспериментальных и теоретических исследований магнитных свойств и магнитных фазовых диаграмм интерметаллических соединений RMn₂Ge₂, включая измерения в сильных и сверхсильных магнитных полях. Предложена теоретическая модель, учитывающая особенности кристаллической структуры и иерархию обменных взаимодействий в интерметаллидах с тяжелыми редкими землями, которая во многих случаях позволяет описать магнитные свойства этих интерметаллидов в широком интервале магнитных полей и температур и из сравнения экспериментальных и рассчитанных кривых намагничивания и Н-Т фазовых диаграмм определить параметры взаимодействий для соединений RMn₂Ge₂ c R = Gd и Dy.

Магнітні та інші фізичні властивості потрійних інтерметалевих сполук RMn₂Ge₂ (R — рідка земля) викликають великий інтерес через ефекти, пов’язані із співіснуванням 3d (марганцевої) та 4f (рідкісноземельної) магнітних підсистем. Шарова структура, велика чутливість обмінних параметрів до міжатомних відстань, антіферромагнітна обмінна взаємодія у марганцевій підсистемі в інтерметалідах з важкими рідкими землями та помітні ефекти кристалічного поля в рідкісноземельній підсистемі обумовлюють сложні магнітні фазові діаграми цих сполук. Надано огляд експериментальних та теоретичних досліджень магнітних властивостей та магнітних фазових діаграм інтерметалевих сполук RMn₂Ge₂, які включають вимірювання у сильних та надсильних магнітних полях. Запропоновано теоре- тичну модель, яка враховує особливості кристалічної структури та ієрархію обмінних взаємодій в інтерметалідах з важкими рідкими землями, котра у багатьох випадках дозво- ляє описати магнітні властивості ціх інтерметалідів в широкому інтервалі магнітних полів й температур та із порівняння експериментальних і розрахованих кривих намагнічування та Н–Т фазових діаграм визначити параметри взаємодії для сполук RMn₂Ge₂ з R = Gd та Dy.

The magnetic and other physical properties of the ternary intermetallic compounds RMn₂Ge₂ (R is a rare earth) are of great interest on account of effects due to the coexistence of the 3d (manganese) and 4f (rare-earth) magnetic subsystems. The layered structure, the high sensitivity of the exchange parameters to the interatomic distances, the antiferromagnetic exchange interaction in the manganese subsystem in intermetallides containing heavy rare earths, and also the appreciable crystal-field effects in the rare-earth subsystem make for complex magnetic phase diagrams in these compounds. A review is given of the experimental and theoretical research on the magnetic properties and magnetic phase diagrams of the intermetallic compounds RMn₂Ge₂, including measurements in high and ultrahigh magnetic fields. A theoretical model is proposed which takes into account the features of the crystal structure and the hierarchy of exchange interactions in intermetallides containing heavy rare earths; this model is in many cases capable of describing the magnetic properties of these intermetallides over a wide range of magnetic fields and temperatures, and it permits determination of the interaction parameters for RMn₂Ge₂ compounds with R=Gd and Dy from a comparison of the experimental and calculated magnetization curves and H–T phase diagrams.