Взаимосвязь между спиновым состоянием марганца и стабильностью кристаллической структуры соединений MnAs и MnP

Abstract

Исходя из первых принципов, методом FP–LMTO исследовано основное состояние арсенида и фосфида марганца, имеющих гексагональную В8₁ и искаженную ромбическую В31 кристаллические структуры. Показано, что в этих соединениях при изменении объема решетки происходит непрерывный переход от высокоспинового к низкоспиновому состоянию, причем магнитный момент атомов марганца оказывается одинаковым при одинаковых объемах. Исходя из результатов расчета полной энергии исследуемых систем как функции параметров структурных искажений, установлено, что высокоспиновое состояние подавляет структурные искажения, а низкоспиновое усиливает их. Показано, что различие кристаллической и магнитной структур арсенида и фосфида марганца вызвано только различными объемами решетки, т.е. замена мышьяка фосфором эквивалентна наложению внешнего гидростатического давления. Высказано предположение, что качественная интерпретация механизма магнитоструктурных переходов в MnAs должна исходить из представления о главенствующей роли степени заполнения «антисвязующих» состояний коллективизированных носителей магнетизма.

Виходячи з перших принципів, методом FP–LMTO досліджено основний стан арсеніду та фосфіду марганцю, що мають гексагональну В8₁ та спотворену ромбічну В31 кристалічні структури. Показано, що в цих сполуках при зміні об’єму гратки відбувається безперервний перехід від високоспінового до низькоспінового стану, причому магнітний момент атомів марганцю виявля ється однаковим при однакових об’ємах. Виходячи з результатів розрахунку повної енергії досліджуваних систем як функції параметрів структурних спотворень, з’ясовано, що високосп іновий стан пригнічує структурні викрівлення, а низькоспіновий підсилює їх. Показано, що розходження кристалічної і магнітної структур арсеніду та фосфіду марганцю викликано тільки різними об’ємами ґратки, тобто заміна миш’яку фосфором еквівалентна накладенню зовнішнього гідростатичного тиску. Висловлено припущення, що якісна інтерпретація механізму магнітоструктурних переходів у MnAs повинна виходити з уявлення про провідну роль ступеня заповнення «антизв’язуючих» станів колективізованих носіїв магнетизму.

The abinitio FP–LMTO method was used to investigate the ground state of manganese arsenide and phosphide of hexagonal B8₁ and distorted rhombic B31 crystal structures. It is shown that as the volume of the lattice is changed in these compounds there occurs a continuous transition from the high-spin state to a low-spin one, and the magnetic moment of the manganese atoms turns out to be the same for equal volumes. Based on the calculated results of the total energy of the systems in question as a function of parameters of structure distortions, it has been revealed that the high-spin state suppresses the structure distortions, while the low-spin one enhances them. It is also shown that the difference in crystal and magnetic structures of manganese arsenide and phosphide is solely due to the difference in volumes of the lattices (i.e. the substitution of arsenic by phosphorus is equivalen to the application of external hydrostatic pressure). It is supposed that the qualitative interpretation of the mechanism of magnetostructural transitions in MnAs should be based on the idea of dominating role of the occupancy of «antibonding» states of itinerant carriers of magnetism.