Magnetocaloric Effect of Mn 2 YSn (Y = Sc, Ti, V) Alloys

V. V. Sokolovskiy; Соколовский В. В.; M. A. Zagrebin; Загребин М. А.; V. D. Buchelnikov; Бучельников В. Д.

doi:10.31857/S0015323023601265

Магнитокалорический эффект сплавов Mn₂YSn (Y = Sc, Ti, V)

Авторы: Соколовский В.В.¹, Загребин М.А.¹, Бучельников В.Д.¹
Учреждения:
1. Челябинский государственный университет
Выпуск: Том 124, № 11 (2023)
Страницы: 1122-1128
Раздел: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
URL: https://ogarev-online.ru/0015-3230/article/view/232714
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323023601265
EDN: https://elibrary.ru/YGVQGZ
ID: 232714

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Рассмотрены структурные, магнитные и термодинамические свойства сплавов Mn₂YSn (Y = Sc, Ti, V) в зависимости от приложенного давления, используя теорию функционала плотности и метод Монте-Карло. Показано, что для каждого соединения существуют два магнитных состояния с низким и высоким магнитным моментом при меньшем и большем объеме элементарной ячейки, разделенные энергетическим барьером. Величина барьера зависит от приложенного внешнего давления. Две фазы становятся практически равными по энергии при критических давлениях 3.4, –2.9 и –3.25 ГПа для Mn₂ScSn, Mn₂TiSn и Mn₂VSn соответственно. Смоделированы температурные зависимости намагниченности и магнитокалорических характеристик для исследуемых фаз при различных давлениях. Учет давления приводит к пониманию механизма повышения магнитокалорического эффекта в фазе с высоким магнитным моментом. Наибольший эффект (∆S_маг ≈ 0.158 Дж/моль К и ∆T_ад ≈ 1.1 К) предсказан для Mn₂TiSn при давлении –2.9 ГПа и изменении магнитного поля от 0 до 2 Тл.

Ключевые слова

сплавы Гейслера на основе Mn, фазовые переходы, ab initio расчеты, моделирование методом Монте-Карло

Список литературы

Fert A. Nobel Lecture: Origin, development, and future of spintronics // Rev. Mod. Phys. 2008. V. 80. P. 1517.
Bhatti S., Sbiaa R., Hirohata A., Ohno H., Fukami S., Piramanayagam S.N. Spintronics based random access memory: A review // Mater. Today. 2017. V. 20. P. 530–548.
Zhang H., Kang W., Cao K., Zhao W. Spintronic processing unit in spin transfer torque magnetic random access memory // IEEE Trans. Electron Devices. 2019. V. 66. P. 2017–2022.
Puebla J., Kim J., Kondou K., Otani Y. Spintronic devices for energy-efficient data storage and energy harvesting // Commun. Mater. 2020. V. 1. P. 1–9.
Hirohata A., Yamada K., Nakatani Y., Prejbeanu I.-L., Diény B., Pirro P., Hillebrands B. Review on spintronics: Principles and device applications // J. Magn. Magn. Mater. 2020. V. 509. P. 166711.
Galanakis I., Özdoğan 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. P. 092407.
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. P. 421–428.
Luo H.Z., Zhang H.W., Zhu Z.Y., Ma L., Xu S.F., Wu G.H., Zhu X.X., Jiang C.B., Xu H.B. Half-metallic properties for the Mn2FeZ (Z = Al, Ga, Si, Ge, Sb) Heusler alloys: a first-principles study // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. P. 083 908.
Zenasni H., Faraoun H.I., 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.
Nayak A.K., Nicklas M., Chadov S., Khuntia P., Shekhar C., Kalache A., Baenitz M., Skourski Y., Guduru V.K., Puri A., Zeitler U., Coey J.M.D., Felser C. Design of compensated ferrimagnetic Heusler alloys for giant tunable exchange bias // Nat. Mater. 2015. V. 14. P. 679–684.
Felser C., Wollmann L., Chadov S., Fecher G.H., Parkin S.S.P. Basics and prospective of magnetic Heusler compounds // APL Mater. 2015. V. 3. P. 041518.
Marchenkov V.V., Irkhin V.Yu., Semiannikova A.A. Unusual kinetic properties of usual Heusler alloys // J. Supercond. Nov. Magn. 2022. V. 35. P. 2153–2168.
Liu Z., Yu S., Yang H., Wu G., Liu Y. Phase separation and magnetic properties of Co–Ni–Al ferromagnetic shape memory alloys // Intermetallics. 2008. V. 16. P. 447–452.
Abbas Emami S.A., Amirabadizadeh A., Nourbakhsh Z., Baizaee S.M., Alavi Sadr S.M. Study of the Structural, Electronic, Magnetic, and Optical Properties of Mn2ZrGa Full-Heusler Alloy: First-Principles Calculations // J. Supercond. Nov. Magn. 2018. V. 31. P. 127–134.
Abada A., Amara K., Hiadsi S., Amrani B. First principles study of a new half-metallic ferrimagnets Mn2-based full Heusler compounds: Mn2ZrSi and Mn2ZrGe // J. Magn. Magn. Mater. 2015. V. 388. P. 59–67.
Jiang D., Ye Y., Liu H., Gou Q., Wu D., Wen Y., Liu L. First-principles calculations of electronic, acoustic and anharmonic properties of Mn2RuZ (Z = Si and Ge) Heusler compounds // J. Magn. Magn. Mater. 2018. V. 458. P. 268–276.
Ren Z., Liu Y., Li S., Zhang X., Liu H. Site preference and electronic structure of Mn2RhZ (Z = Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Sb): a theoretical study // Mater. Sci.-Pol. 2016. V. 34. P. 251–259.
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. 11169–11186.
Kresse G., Joubert D. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. 1758.
Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865–3868.
Sokolovskiy V., Zagrebin M., Baigutlin D., Buchelnikov V. Ab initio prediction of coexistence of two magnetic states in Mn2YSn (Y = Sc, Ti, and V) Heusler alloys under applied pressure // Comput. Mater. Sci. 2023. V. 228. P. 112 365.
Schwarz K., Mohn P. Itinerant metamagnetism in YCo2 // J. Phys. F. 1984. V. 14. P. L129.
Moruzzi V.L., Marcus P.M., Schwarz K., Mohn P. Ferromagnetic phases of bcc and fcc Fe, Co, and Ni // Phys. Rev. B. 1986. V. 34. P. 1784.
Kitagawa J., Sakaguchi K., Hara T., Hirano F., Shirakawa N., Tsubota M. Interstitial atom engineering in magnetic materials // Metals. 2020. V. 10. P. 1644.
Tian L.Y., Eriksson O., Vitos L. Pressure effect on the order–disorder transformation in L10−FeNi // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 14766.