The Influence of Exchange Correlation Effects on the Stabilization
of the Half-Metallic Properties of Mn2VAl and Mn2VSi Alloys

V. D. Buchelnikov; Бучельников В. Д.; D. R. Baigutlin; Байгутлин Д. Р.; V. V. Sokolovskiy; Соколовский В. В.; O. N. Miroshkina; Мирошкина О. Н.

doi:10.31857/S0015323022601301

Влияние обменно-корреляционных эффектов на стабилизацию полуметаллических свойств сплавов Mn₂VAl и Mn₂VSi

Авторы: Бучельников В.Д.¹, Байгутлин Д.Р.¹, Соколовский В.В.¹, Мирошкина О.Н.²
Учреждения:
1. Челябинский государственный университет
2. Университет Дуйсбурга-Эссена
Выпуск: Том 124, № 2 (2023)
Страницы: 126-133
Раздел: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
URL: https://ogarev-online.ru/0015-3230/article/view/139388
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323022601301
EDN: https://elibrary.ru/HKPCLY
ID: 139388

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Представлены теоретические исследования роли обменно-корреляционных эффектов в предсказании полуметаллических свойств ферримагнитных сплавов Гейслера Mn₂VAl и Mn₂VSi, представляющих особый интерес в спинтронике. Электронные, магнитные и структурные свойства изучены в рамках теории функционала плотности. Показано, что учет дополнительных корреляционных эффектов позволяет обнаружить два состояния, близких по энергии, но с различающимися магнитными моментами. Состояние с низкой намагниченностью демонстрирует полуметаллический характер со 100%-ной спиновой поляризацией, тогда как состояние с высокой намагниченностью обладает металлическим характером.

Ключевые слова

первопринципные вычисления, полуметаллический ферримагнетик, обменно-корреляционный функционал, GGA, мета-GGA

Список литературы

Felser C., Fecher G.H., Balke B. Spintronics: a challenge for materials science and solid-state chemistry // Angew. Chem. Int. Ed. 2007. V. 46. № 5. P. 668–699.
Elphick K., Frost W., Samiepour M., Kubota T., Takanashi K., Sukegawa H., Mitani S., Hirohata A. Heusler alloys for spintronic devices: review on recent development and future perspectives // Sci. Technol. Adv. Mater. 2021. V. 22. № 1. P. 235–271.
Bainsla L., Suresh K. Equiatomic quaternary Heusler alloys: A material perspective for spintronic applications // Appl. Phys. Rev. 2016. V. 3. № 3. P. 031101.
Hirohata A., Sagar J., Fleet L.R., Parkin S.S. Heusler alloy films for spintronic devices. Springer, 2016. P. 219–248.
Marchenkov V., Irkhin V.Y. Half-metallic ferromagnets, spin gapless semiconductors, and topological semimetals based on Heusler alloys: Theory and experiment // Phys. Met. Metallogr. 2021. V. 122. № 12. P. 1133–1157.
Luo H., Zhu Z., Liu G., Xu S., Wu G., Liu H., Qu J., Li Y. Prediction of half-metallic properties for the Heusler alloys Mn2CrZ (Z = Al, Ga, Si, Ge, Sb): A first-principles study // J. Magn. Magn. Mater. 2008. V. 320. № 3–4. P. 421–428.
Zenasni H., Faraoun H., Esling C. First-principle prediction of half-metallic ferrimagnetism in Mn-based full-Heusler alloys with highly ordered structure // J. Magn. Magn. Mater. 2013. V. 333. P. 162–168.
Luo H., Zhang H., Zhu Z., Ma L., Xu S., Wu G., Zhu X., Jiang C., Xu H. Half-metallic properties for the Mn2FeZ (Z = Al, Ga, Si, Ge, Sb) Heusler alloys: A first-principles study // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. № 8. P. 083908.
Sokolovskiy V.V., Zagrebin M.A., Sokolovskaya Y., Buchelnikov V.D. Structural and magnetic properties of Mn2NiZ (Z = Ga, In, Sn, Sb) Heusler alloys from ab initio calculations // Solid State Phenomena / Trans Tech Publ. V. 233. 2015. P. 229–232.
Ram M., Saxena A., Aly A.E., Shankar A. Half-metallicity in new Heusler alloys Mn2ScZ (Z = Si, Ge, Sn) // RSC Adv. 2020. V. 10. № 13. P. 7661–7670.
Chadov S., Qi X., Kübler J., Fecher G.H., Felser C., Zhang S.C. Tunable multifunctional topological insulators in ternary Heusler compounds // Nat. Mater. 2010. V. 9. № 7. P. 541–545.
Graf T., Parkin S., Felser C. Heusler compounds – A material class with exceptional properties // IEEE Trans. Magn. 2010. V. 47. № 2. P. 367–373.
Nayak A.K., Nicklas M., Chadov S., Khuntia P., Shekhar C., Kalache A., Baenitz M., Skourski Y., Guduru V.K., Puri A. et al. Design of compensated ferrimagnetic Heusler alloys for giant tunable exchange bias // Nat. Mater. 2015. V. 14. № 7. P. 679–684.
Weht R., Pickett W.E. Half-metallic ferrimagnetism in Mn2VAl // Phys. Rev. B. 1999. V. 60. № 18. P. 13006.
Felser C., Fecher G.H. Spintronics: from Materials to Devices. N.Y., USA: Springer, 2013. 369 p.
Galanakis I., Ӧzdoğan K., Şaşıoğlu E., Aktaş B. Doping of Mn2VAl and Mn2VSi Heusler alloys as a route to half-metallic antiferromagnetism // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. № 9. P. 092407.
Şaşıoğlu E. Nonzero macroscopic magnetization in half-metallic antiferromagnets at finite temperatures // Phys. Rev. B. 2009. V. 79. № 10. P. 100406.
Dai X., Liu G., Chen L., Chen J., Wu G. Mn2CoSb compound: Structural, electronic, transport and magnetic properties // Solid State Commun. 2006. V. 140. № 11–12. P. 533–537.
Luo H., Zhu Z., Ma L., Xu S., Zhu X., Jiang C., Xu H., Wu G. Effect of site preference of 3d atoms on the electronic structure and half-metallicity of Heusler alloy Mn2YAl // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. V. 41. № 5. P. 055 010.
Liu G., Dai X., Liu H., Chen J., Li Y., Xiao G., Wu. G. Mn2CoZ (Z = Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Sb) compounds: Structural, electronic, and magnetic properties // Phys. Rev. B. 2008. V. 77. № 1. P. 014424.
Kresse G., Furthmüller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. P. 11 169–11 186.
Kresse G., Joubert D. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. 1758.
Perdew J., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865.
Sun J., Ruzsinszky A., Perdew J.P. Strongly constrained and appropriately normed semilocal density functional // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 115. P. 036402.
Nakamichi T., Stager C. Phenomenological formula of NMR satellite of Heusler alloys and magnetic structure of Mn2VAl // J. Magn. Magn. Mater. 1983. V. 31. P. 85–87.
Itoh H., Nakamichi T., Yamaguchi Y., Kazama N. Neutron diffraction study of Heusler type alloy Mn0.47V0.28Al0.25 // Trans. Jpn. Inst. Met. 1983. V. 24. № 5. P. 265–271.
Ӧzdoğan K., Galanakis I., Şaşıoğlu E., Aktağ B. Search for half-metallic ferrimagnetism in V-based Heusler alloys Mn2VZ (Z = Al, Ga, In, Si, Ge, Sn) // J. Phys.: Condens. Matter. 2006. V. 18. № 10. P. 2905.
Wurmehl S., Kandpal H.C., Fecher G.H., Felser C. Valence electron rules for prediction of half-metallic compensated-ferrimagnetic behaviour of Heusler compounds with complete spin polarization // J. Condens. Matter Phys. 2006. V. 18. № 27. P. 6171.
Nagai K., Fujiwara H., Aratani H., Fujioka S., Yomosa H., Nakatani Y., Kiss T., Sekiyama A., Kuroda F., Fujii H. et al. Electronic structure and magnetic properties of the half-metallic ferrimagnet Mn2VAl probed by soft X-ray spectroscopies // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. № 3. P. 035 143.
Li H., Hayashi K., Dong J., Li J.-F., Miyazaki Y. Distinct impact of order degree on thermoelectric power factor of p-type full-Heusler Mn2VAl compounds // Mater. Res. Express. 2020. V. 7. № 5. P. 055 503.