Аномальные магнитные свойства парамагнитной фазы и спиновые поляроны в моносилициде марганца

Abstract

Рассмотрена полевая зависимость намагниченности в парамагнитной фазе моносилицида марганца MnSi, которая характеризуется аномально большой величиной эффективного магнитного момента μ* = = 5,3μB и малой величиной намагниченности насыщения M0 = 0,3μB/Mn. Из проведенного анализа следует, что ни теория зонного магнетизма, ни кластерный подход не позволяют объяснить экспериментальные данные, а их адекватное описание возможно в рамках спин-поляронной модели, в которой спиновый полярон представляет собой квазисвязанное состояние зонного электрона и локализованного магнитного момента Mn. Найдено, что учет специфических взаимодействий для простой спиновой конфигурации ферримагнитного типа, характеризующей спиновый полярон, позволяет объяснить экспериментальные данные, причем наблюдаемые значения μ* не связаны с большими локализованными магнитными моментами в объеме образца. Проанализированы возможные способы экспериментальной проверки спин-поляронной модели, в том числе experimentum crucis. Полученные результаты показывают, что парамагнитную фазу MnSi следует рассматривать как фазу, физические свойства которой определяются магнитными неоднородностями на нанометровом пространственном масштабе.

Розглянуто польову залежність намагніченості в парамагнітній фазі моносіліціда марганцю MnSi, яка характеризується аномально великою величиною ефективного магнітного моменту μ* = 5,3μB та малою величиною намагніченості насичення M0 = 0,3μB/Mn. З проведеного аналізу випливає, що ні теорія зонного магнетизму, ні кластерний підхід не дозволяють пояснити експериментальні дані, а їх адекватний опис можливий в рамках спін-поляронної моделі, в якій спіновий полярон являє собою квазісв’язаний стан зонного електрона і локалізованого магнітного моменту Mn. Знайдено, що врахування специфічних взаємодій для простої спінової конфігурації ферімагнітного типу, що характеризує спіновий полярон, дозволяє пояснити експериментальні дані, причому значення μ* , що спостерігаються, не пов'язані з великими локалізованими магнітними моментами в об'ємі зразка. Проаналізовано можливі способи експериментальної перевірки спін-поляронної моделі, в тому числі experimentum crucis. Отримані результати показують, що парамагнітну фазу MnSi потрібно розглядати як фазу, фізичні властивості якої визначаються магнітними неоднорідностями на нанометровому просторовому масштабі.

The field dependence of magnetization of the MnSi has been considired in the paramagnetic phase, which is characterized both by large effective magnetic moment * = 5.3 µ µB and small saturated magnetization 0 = 0.3 /Mn. M µB The present work shows that the experimental data could be explained neither by the theory of band magnetism, nor by the theory of spin clusters. Spin polaron model, in which spin polaron is treated as quasibonded state of band electron and localized magnetic moment of Mn, is suggested to describe the data. It is found that taking into account of specific interactions in the simple ferrimagnet-like spin configuration allows us to describe the experimental data. This approach shows that observed values of * µ are not related to any large localized moments in the sample bulk. Possible ways for experimental check of the spin polaron model, which include experimentum crucis, are analyzed. The results show that the paramagnetic phase of MnSi should be considered as the phase, the physical properties of which are determined by magnetic inhomogeneities at the nanometer scale.