Магнитная фазовая диаграмма твердого раствора LaMn2(Ge1−xSix)2 (0 ≤ x ≤ 1), раскрытого методом порошковой нейтронографии

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 9248 (2022) Цитировать эту статью

1013 Доступов

1 Цитаты

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Структурные и магнитные свойства твердого раствора типа ThCr2Si2 LaMn2(Ge1−xSix)2 (x = 0,0–1,0) исследованы с использованием комбинации рентгеноструктурных, намагниченных и нейтронографических измерений, что позволило установить магнитный состав -температурная фазовая диаграмма. Замещение Ge на Si приводит к сжатию элементарной ячейки, что влияет на магнитные обменные взаимодействия. В частности, на магнитную структуру LaMn2(Ge1−xSix)2 сильно влияет параметр c элементарной ячейки, который связан с расстоянием между соседними слоями Mn. В богатой кремнием части твердого раствора преобладают соразмерные антиферромагнитные слои и скошенная ферромагнитная структура, а в бедной кремнием части наблюдаются несоразмерная антиферромагнитная плоская спираль и коническая магнитная структура.

Известно, что материалы, принадлежащие к семейству соединений AM2X2 (A = щелочной, щелочноземельный или редкоземельный элемент, M = переходный металл, X = элемент основной группы), демонстрируют широкий спектр интересных физических явлений, включая магнетизм, сверхпроводимость, тяжелые фермионы, квантовые критические точки и поведение Кондо1,2,3,4. Его члены преимущественно кристаллизуются в структуре типа ThCr2Si2 (пространственная группа I4/mmm), в которой атомы A, M и X занимают кристаллографические позиции 2a, 4d и 4e соответственно. Такое расположение атомов приводит к тому, что каждый из трех элементов образует квадратные сети, уложенные вдоль кристаллографической оси c в порядке AXMXA, см. Рисунок 1. Структуру также можно описать как состоящую из слоев квадратных пирамид XM4 с общими краями, чередующихся ориентаций между квадратные сетки атомов A. Третье описание структуры представляет собой слои тетраэдров MX4 с общими ребрами, чередующиеся с квадратными сетками из металла A. Иллюстрации описания двух последних кристаллических структур можно найти на дополнительном рисунке S1.

Кристаллическая структура LaMn2(Ge1-xSix)2: La (зеленый), Mn (темно-синий), Si/Ge (бирюзовый).

Подгруппа силицидов и германидов марганца REMn2X2 (RE = редкоземельный металл, X = Si, Ge) привлекла особое внимание благодаря своим интересным физическим свойствам. Гигантское магнитосопротивление (ГМС) наблюдалось в REMn2Ge2 (RE = La, Sm)5,6,7, магнитокалорическое поведение в REMn2Si2 (RE = Ho, Er, Tb)8,9,10 и REMn2Ge2 (RE = Ce, Tb)11 ,12 и скирмионные пузырьки в REMn2Ge2 (RE = Ce, Pr, Nd)13. Недавно было показано, что LaMn2Ge2 демонстрирует топологический эффект Холла (THE)14.

Широкий диапазон поведения, демонстрируемый материалами REMn2X2, связан с богатым разнообразием коллинеарных и неколлинеарных магнитных состояний, которые могут быть реализованы в этом расположении атомов15,16,17,18,19,20,21,22,23,24. ,25,26. Температуры магнитного упорядочения между 300 и 714 К наблюдались для всех соединений этого типа1,27, и многие из них претерпевают несколько магнитных переходов при охлаждении, прежде чем они достигнут своего основного магнитного состояния. Предыдущие исследования различных твердых растворов на основе РЗМn2Х2 показали, что расстояния Mn–Mn играют основную роль в формировании различных магнитных структур. На внутриплоских расстояниях до ближайших соседей Mn-Mn dintra < 2,84 Å магнитные моменты внутри слоев Mn упорядочиваются в ферромагнитном внеплоскостном расположении, в то время как соседние квадратные сетки соединяются антиферромагнитно. Когда динтра превышает критическое расстояние 2,84 Å, происходит переход от ферромагнитного внеплоскостного расположения к антиферромагнитному плоскостному расположению. При этом связь между плоскостями остается антиферромагнитной11,28,29,30. Дальнейшее увеличение до динтра > 2,87 Å приводит ко второму переходу, при котором внутрислоевое расположение остается неизменным, но межслоевая связь развивается от антиферромагнитной к ферромагнитной11,28,29,30,31.