Влияние давления на устойчивость магнитоупорядоченных состояний в сплавах системы Mn₂₋xFexAs₀,₅P₀,₅

Abstract

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование фазовой диаграммы системы Mn₂₋xFexAs₀,₅P₀,₅ под давлением. Обнаружено, что спонтанная и индуцированная магнитным полем низкотемпературная фаза в области 0,5≤x<0,8 не претерпевает значительных изменений при действии гидростатического давления до 2 кбар. На основе ab initio расчетов электронной структуры сплавов Mn₁,₅FexAs₀,₅P₀,₅ установлено изменение степени электронного заполнения 3d-зоны при возникновении ферромагнитной поляризации и сжатии кристаллической решетки. Предложена модель, позволяющая учесть основные черты антиферромагнитной и скошенной ферромагнитной структур. В качестве параметров модели выступают степень заполнения d-зоны, немагнитная плотность электронных состояний и внутриатомный обменный интеграл. Их величины напрямую оцениваются по данным расчетов электронной структуры из первых принципов. В рамках модели показано, что устойчивость магнитных характеристик скошенной ферромагнитной структуры по отношению к давлению возникает вследствие увеличения числа электронов в магнитоактивной зоне при уменьшении объема элементарной ячейки.

Проведено експериментальне та теоретичне дослідження фазової діаграми системи Mn₂₋xFexAs₀,₅P₀,₅ під тиском. Виявлено, що спонтанна і індукована магнітним полем низькотемпературна фаза в області 0,5≤x<0,8 не зазнає значних змін при дії гідростатичного тиску до 2 кбар. На основі ab initio розрахунків електронної структури сплавів Mn₁,₅FexAs₀,₅P₀,₅ установлено зміну ступеня електронного заповнення 3d-зони при виникненні феромагнітної поляризації та стиску кристалічної гратки. Запропоновано модель, що дозволяє врахувати основні риси антиферомагнітної та скошеної феромагнітної структур. Як параметри моделі виступають ступінь заповнення d-зони, немагнітна густина електронних станів і внутрішньоатомний обмінний інтеграл. Їхні величини прямо оцінюються за даними розрахунків електронної структури з перших принципів. У рамках моделі показано, що стійкість магнітних характеристик скошеної феромагнітної структури стосовно до тиску виникає внаслідок збільшення числа електронів у магнітоактивн ій зоні при зменшенні об’єму елементарної комірки.

Experimental and theoretical investigations of the phase diagram of the Mn₂₋xFexAs₀.₅P₀.₅ system under pressure have been carried out. It has been revealed that for 0.5≤x<0.8 the spontaneous and magnetic-field induced low-temperature phase does not undergo considerable changes under hydrostatic pressure up to 2 kbar. On the basis of ab initio calculations of the electronic structure of Mn₁.₅FexAs₀.₅P₀.₅ alloys it is found that the degree of electronic filling of the d-band is changed at ferromagnetic polarization and compression of the crystal lattice. A model is proposed which considers the basic features of antiferromagnetic and canted ferromagnetic structures. The model parameters are degree of d-band filling, nonmagnetic density of electronic states and intratomic exchange integral. Their values can be estimated directly from the first-principle calculations of the electronic structure. Using the model it is shown that the stability of magnetic characteristics of the canted ferromagnetic structure under pressure arises from the increase in the number of electrons in the magnetically active band with reducing the unit-cell volume.