Особенности кристаллической структуры и магнитных характеристик твердых растворов систем Ni_1–xM_xMnSb (M = Fe, Co)

Представлены результаты исследования влияния на кристаллическую структуру и магнитные свойства соединений на основе NiMnSb при замещении катионов Ni на катионы Fe и Co. Твердые растворы систем Ni_1–xM_xMnSb (M = Fe, Co) синтезированы методом твердофазных реакций. С помощью рентгеноструктурного анализа установлено наличие концентрационного структурного перехода. Пондеромоторным методом обнаружено, что температуры фазового превращения «магнитный порядок – магнитный беспорядок» снижаются по мере замещения никеля железом и кобальтом. Полевые зависимости удельной намагниченности демонстрируют типичное поведение магнитомягкого ферромагнетика. Приведены результаты эксперимента по изучению кристаллической и магнитной структуры твердых растворов систем Ni_0,90M_0,10MnSb (M = Fe, Co) с помощью дифракции тепловых нейтронов в интервале температур (3–300) K. Обнаружено, что исследуемые составы обладают ферромагнитным упорядочением вдоль оси с. На спектрах твердых растворов Ni_0,90Co_0,10MnSb в области 2Θ = 28,6° наблюдается появление рефлекса, указывающего на формирование антиферромагнитного упорядочения. В рамках теории функционала плотности проведен ab initio расчет магнитных моментов для Ni_1–xM_xMnSb (M = Fe, Co; x = 0; 0,125; 0,250). Результаты теоретических расчетов предсказывают существование магнитных моментов у ионов Fe и Co, и они антиферромагнитно связаны со спинами ионов Mn и Ni.

1. Hirohata A., Yamada K., Nakatani Y., Prejbeanu I.-L., Dieny B., Pirro P., Hillebrands B. (2020) Review on Spintronics: Principles and Device Applications. J. Magn. Magn. Mater. (509), 166711. DOI: 10.1016/j. jmmm.2020.166711.

2. Pickett W. E., Moodera J. S. (2001) Half Metallic Magnets. Physics Today. 54 (5), 39–44. DOI: 10.1063/1.1381101.

3. De Groot R. A., Mueller F. M., Engen P. G. van, Buschow K. H. J. (1983) New Class of Materials: Half-Metallic Ferromagnets. Physical Review Letters. 50 (25), 2024–2027. Doi: 10.1103/physrevlett.50.2024.

4. Gardelis S., Androulakis J., Migiakis P., Giapintzakis J., Clowes S. K., Bugoslavsky Y., Branford W. R., Miyoshi Y., Cohen L. F. (2004) Synthesis and Physical Properties of Arc Melted NiMnSb. Journal of Applied Physics. (95), 8063. DOI: 10.1063/1.1739293.

5. Graf T., Felser C., Parkin S. S. P. (2011) Simple Rules for the Understanding of Heusler Compounds. Progress in Solid State Chemistry. 39 (1), 1–50. DOI: 10.1016/j.progsolidstchem.2011.02.001.

6. Otto M.J., van Woerden R.A. M, van der Valk P.J., Wijngaard J., van Bruggen C. F., Haas C. K. H.J., Buschow K. H. J. (1989) HalfMetallic Ferromagnets: 1. Structure and Magnetic Properties of NiMnSb and Related Intermetallic Compounds. J. Phys.: Condens. Matter. (1), 2341–2350. DOI: 10.1088/0953-8984/1/13/007.

7. Ksenofontov V., Melnik G., Wojcik M., Wurmehl S., Kroth K., Reiman S., Blaha P., Felser C. (2006) Structure and Properties of CoMnSb in Context of Half Metallic Ferromagnetism. Phys. Rev. B. (74), 134426. DOI: 10.1103/PhysRevB.74.134426.

8. Levin E. E., Bocarsly J. D., Wyckoff K. E., Pollock T. M., Seshadri R. (2017) Tuning the Magnetocaloric Response in Half-Heusler/Heusler MnNi1+xSb Solid Solutions. Physical Review Materials. 1 (7), 075003. DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.1.075003.

9. Szytula A., Dimitrijevic Z., Todorovic J., Kolodziejczyk A., Szelag J., Wanic A. (1972) Atomic and Magnetic Structure of the Heusler Alloys NiMnSb and CoMnS. Physica Status Solidi (a). 9 (57), 97–103. DOI: 10.1002/ pssa.2210090109.

10. Galanakis I., Dederichs P. H., Papanikolaou N. (2022) Origin and Properties of the Gap in the Half-Ferromagnetic Heusler Alloys. Physical Review B. 66 (13), 134428. DOI: 10.1103/PhysRevB.66.134428.