Особенности устойчивости низкотемпературного ферримагнетизма в системе Mn2–xZnxSb

Abstract

Проведены экспериментальные исследования магнитных свойств системы Mn2–xZnxSb в статических и импульсных магнитных полях. Обнаружено, что спонтанные переходы первого рода из ферримагнитной Fi в слабоферримагнитную фазу If, наблюдаемые при понижении температуры в образцах с x равным 0,1 и 0,2, сопровождаются почти двукратным уменьшением намагниченности и магнитострикцией при сохранении легкоплоскостного характера анизотропии. Исследования воздействия импульсного магнитного поля в температурной области стабильности слабоферримагнитной фазы выявило обратимые индуцированные магнитным полем переходы первого рода IF ↔ fi. Закалка образцов от 570 К в жидкий азот повышает устойчивость слабоферримагнитной фазы по отношению к воздействиям температуры и внешнего магнитного поля. Это проявляется в увеличении температуры спонтанного перехода на 45 градусов и возрастании критического поля индуцирования от 80 до 200 кЭ. Нагрев закаленного образца до комнатной температуры приводит к постепенному возвращению исходных характеристик слабоферримагнитной фазы. Анализ полученных результатов проведен в рамках модели коллективизированного магнетизма с привлечением расчетов из первых принципов для плотности электронных состояний и полной энергии системы. Показано, что слабоферримагнитная фаза с утроенной кристаллохимической ячейкой может быть описана моделью Хаббарда. Свойства закаленных образцов объяснены на основе предположения о наличии двух стабильных состояний системы, разделенных энергетическим барьером и связанных с возможностью перераспределения ионов цинка по двум кристаллографически неэквивалентным позициям решетки.

Проведено експериментальні дослідження магнітних властивостей системи Mn2–xZnxSb у статичному й імпульсному магнітному полях. Виявлено, що спонтанні переходи першого роду з феримагнітної Fi у слабкоферимагнітну фазу If, які спостерігаються при зниженні температури в зразках з x рівним 0,1 та 0,2, супроводжуються майже дворазовим зменшенням намагніченості й магнітострикцією при збереженні легкоплощинного характеру анізотропії. Дослідження впливу імпульсного магнітного поля в температурній області стабільності слабкоферимагнітної фази виявило оборотні індуковані магнітним полем переходи першого роду IF ↔ fi. Загартування зразків від 570 К у рідкий азот підвищує стійкість слабкоферимагнітної фази стосовно впливів температури й зовнішнього магнітного поля. Це проявляється в збільшенні температури спонтанного переходу на 45 градусів і зростанні критичного поля індукування від 80 до 200 кЕ. Нагрівання загартованого зразка до кімнатної температури призводить до поступового повернення початкових характеристик слабкоферимагнітної фази. Аналіз отриманих результатів проведено у рамках моделі колективізованого магнетизму із залученням розрахунків з перших принципів для щільності електронних станів і повної енергії системи. Показано, що слабкоферимагнітна фаза з потроєною кристалохімічною ячейкою може бути описана моделлю Хаббарда. Властивості загартованих зразків пояснено на основі припущення про наявність двох стабільних станів системи, які розділені енергетичним бар’єром і пов’язані з можливістю перерозподілу іонів цинку по двох кристалографічно нееквівалентних позиціях гратки.

Experimental investigation of magnetic properties of the Mn2–xZnxSb system in static and pulsed magnetic fields has been done. It is found that spontaneous first-order phase transitions from ferrimagnetic Fi to weakly ferrimagnetic phase If observed with decreasing temperature in samples with x = 0.1, x = 0.2 are accompanied by almost a two-fold magnetization decrease and by magnetostriction with the easy-plane anisotropy character preserved. Investigation of the pulsed magnetic field effect, in a temperature range where the weakly ferrimagnetic phase is stable, has shown that there are reversible magnetic-field-induced first-order transitions IF ↔ fi. Quenching of the samples in liquid nitrogen from 570 K increases of the weakly ferrimagnetic phase in stability against temperature and external magnetic field effects. This is evidenced by the 45 K increase in spontaneous transition temperature and by a rise of induction critical field from 80 to 200 kOe. The heating of a quenched sample to room temperature results in a gradual recovery of the initial characteristics of the weakly ferrimagnetic phase. The results have been analyzed within the model of collective magnetism and by the abinitio calculations of electronic density of states and total energy of the system. It is shown that the weakly ferrimagnetic phase with a triple crystalochemical cell can be described by the Hubbard model. The properties of the quenched samples are explained with the assumption of availability of two stable states of the system separated by an energy barrier and conditioned by a possible redistribution of zinc ions in two crystallographically nonequivalent lattice postitons.