Связь магнетизма сплавов 3d-металлов с электронной структурой в теории Стонера и в ДТСФ
- Авторы: Мельников Н.Б.1, Гуленко А.С.1, Резер Б.И.2
-
Учреждения:
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Институт физики металлов УрО РАН
- Выпуск: Том 125, № 1 (2024)
- Страницы: 56-61
- Раздел: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
- URL: https://ogarev-online.ru/0015-3230/article/view/259713
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323024010085
- EDN: https://elibrary.ru/ZQRSXA
- ID: 259713
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
Исследуется зависимость магнитных свойств: температуры Кюри, среднего и локального магнитных моментов – от типа кристаллической решетки и среднего числа d-электронов на атом. Проблема рассматривается в двух приближениях: без учета спиновых флуктуаций, в теории среднего поля Стонера, и с учетом спиновых флуктуаций, в динамической теории спиновых флуктуаций (ДТСФ). В ДТСФ получен аналог кривой Слэтера-Полинга для среднего магнитного момента при конечных температурах. Численные результаты в ДТСФ находятся в качественном согласии с экспериментом: магнитной фазовой диаграммой и зависимостью магнитного момента от концентрации в ферромагнитных сплавах.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
Н. Б. Мельников
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: melnikov@cs.msu.ru
Россия, Ленинские горы, Москва, 119991
А. С. Гуленко
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: melnikov@cs.msu.ru
Россия, Ленинские горы, Москва, 119991
Б. И. Резер
Институт физики металлов УрО РАН
Email: melnikov@cs.msu.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108
Список литературы
- Köbler U. Sample-size dependent temperature dependence of the spontaneous magnetization // J. Magn. Magn. Mater. 2019. V. 491. P. 165632.
- Leedahl B., Korolev A.V., Zhidkov I.S., Skornyakov S.L., Anisimov V.I., Belozerov A.S., Kukharenko A.I., Kurmaev E.Z., Grokhovskii V.I., Cholakh S.O., Moewes A. Searching for pure iron in nature: the Chelyabinsk meteorite // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 85844–85851.
- Mushnikov N., Popov A., Gaviko V., Protasov A., Kleinerman N., Golovnya O., Naumov S. Peculiarities of phase diagram of Fe-Ni system at Ni concentrations 0–20 at.% // Acta Mater. 2022. V. 240. P. 118330.
- Lichtenstein A.I., Katsnelson M.I., Kotliar G. Finite-temperature magnetism of transition metals: An ab initio dynamical mean-field theory // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 87. P. 067205.
- Kakehashi Y. Modern Theory of Magnetism in Metals and Alloys. Berlin: Springer, 2013.
- Belozerov A.S., Leonov I., Anisimov V.I. Magnetism of iron and nickel from rotationally invariant Hirsch-Fye quantum Monte Carlo calculations // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. P. 125138.
- Ruban A.V., Khmelevskyi S., Mohn P., Johansson B. Temperature-induced longitudinal spin fluctuations in Fe and Ni // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. P. 054402.
- Gambino D., Brännvall M.A., Ehn A., Hedström Y., Alling B. Longitudinal spin fluctuations in bcc and liquid Fe at high temperature and pressure calculated with a supercell approach // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 014402.
- Melnikov N.B., Reser B.I. Magnetism of metals in the dynamic spin-fluctuation theory // Phys. Met. Metallogr. 2016. V. 117, no. 13. P. 1328–1383.
- Melnikov N., Reser B. Dynamic Spin Fluctuation Theory of Metallic Magnetism. Berlin, Springer, 2018.
- Paradezhenko G.V., Yudin D., Pervishko A.A. Random iron-nickel alloys: From first principles to dynamic spin fluctuation theory // Phys. Rev. B. 2021. V. 104. P. 245102.
- Swartzendruber L.J., Itkin V.P., Alcock C.B. The Fe-Ni (Iron-Nickel) System // J. Phase Equilibria. 1991. V. 12. P. 288–312.
- Xiong W., Zhang H., Vitos L., Selleby M. Magnetic phase diagram of the Fe–Ni system // Acta Mater. 2011. V. 59. no. 2, P. 521–530.
- Ebert H., Mankovsky S., Wimmer S. “Electronic structure: Metals and insulators” in Handbook of Magnetism and Magnetic Materials (M. Coey and S. Parkin, eds.). Berlin: Springer, 2020. P. 1–73.
- Ayuela A., March N.H. The magnetic moments and their long-range ordering for Fe atoms in a wide variety of metallic environments // Int. J. Quantum Chem. 2010. V. 110. P. 2725–2733,
- Grebennikov V.I. The dynamic theory of thermal spin fluctuations in magnets // Phys. Solid State. 1998. V. 40. P. 79–86.
- Reser B.I., Grebennikov V.I. Effect of dynamic nonlocal spin fluctuations on the temperature dependence of magnetic properties of ferromagnetic metals // Phys. Met. Metallogr. 1998. V. 85. P. 20–27.
- Paradezhenko G.V., Melnikov N.B., Reser B.I. Numerical continuation method for nonlinear system of scalar and functional equations // Comp. Math. Math. Phys. 2020. V. 60. P. 404–410.
- Reser B.I., Paradezhenko G.V., Melnikov N.B. Program suite MAGPROP 2.0. // Russian Federal Service for Intellectual Property (ROSPATENT), 2018.
- Moruzzi V.L., Janak J.F., Williams A.R. Calculated Electronic Properties of Metals. New York, Pergamon, 1978.
- Slater J.C. Quantum Theory of Molecules and Solids, Vol. 4: The Self-Consistent Field for Molecules and Solids. New York, McGraw-Hill, 1974.
- Bozorth R.M. Ferromagnetism. New York/Piscataway, NJ, Wiley-IEEE, 2nd ed., 1993.
- Kakehashi Y. Magnetism in amorphous transition metals // Phys. Rev. B. 1991. V. 43. P. 10820.
- Ehrenreich H., Schwartz L.M. “The electronic structure of alloys” in Solid State Physics: Advances in Research and Applications (H. Ehrenreich and F. S.D. Turnbull, eds.). New York: Academic, 1976. V. 31. P. 149–286.
- Nelson J. Sanvito S. Predicting the Curie temperature of ferromagnets using machine learning // Phys. Rev. Mater. 2019. V. 3. P. 104405.
- Rao Z., Ponge D., Körmann F., Ikeda Y., Schneeweiss O., Friák M., Neugebauer J., Raabe D., Li Z. Invar effects in FeNiCo medium entropy alloys: From an Invar treasure map to alloy design // Intermetallics. 2019. V. 111. P. 106520.
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. ПЭС d-электронов железа, кобальта и никеля: исходная и сглаженная с помощью свертки с функцией Лоренца полуширины Г = 0.005W. Энергии приведены в единицах ширины полосы (таблица 1). Вертикальной чертой обозначен уровень Ферми ɛF.
Скачать (195KB)
3.
Рис. 2. Зависимость среднего магнитного момента mz при T = 0 для ПЭС железа, кобальта и никеля от числа d-электронов на атом Nₑ в теории Стонера. Стрелками обозначены значения Nₑ железа, кобальта и никеля.
Скачать (67KB)
4.
Рис. 3. Зависимость среднего магнитного момента mz от числа d-электронов на атом Nₑ для ПЭС железа, кобальта и никеля в теории Стонера (слева) и в ДТСФ (справа) при различных T. Вертикальной чертой обозначено число d-электронов на атом Nₑ для соответствующего металла, а температура измеряется в единицах TC соответствующего металла.
Скачать (407KB)
5.
Рис. 4. Зависимость температуры Кюри TC от числа d-электронов на атом Nₑ для ПЭС железа, кобальта и никеля: а) в теории Стонера и б) в ДТСФ. Стрелками обозначены значения Ne железа, кобальта и никеля.
Скачать (125KB)
6.
Рис. 5. Зависимость среднего магнитного момента mz для ПЭС железа, кобальта и никеля от числа d-электронов на атом в ДТСФ при T = 870 K (соответствует максимальной ТС для ГЦК-фазы сплавов Fₑ-Nᵢ [25]). Стрелками обозначены значения Ne железа, кобальта и никеля.
Скачать (69KB)
7.
Рис. 6. Зависимость локального момента mL для ПЭС железа, кобальта и никеля от числа d-электронов на атом в ДТСФ при T = 870 K. Стрелками обозначены значения Nₑ железа, кобальта и никеля.
Скачать (71KB)
