亚铁磁Heusler合金Mn2CoGa和Mn2CoAl掺杂Cr, Fe和Co的局域铁磁结构

张玉洁; 李贵江; 刘恩克; 陈京兰; 王文洪; 吴光恒; 胡俊雄

doi:10.7498/aps.62.037501

摘要

通过实验和计算的方法研究了Mn2CoMxGa1-x 和Mn2CoMxAl1-x (M=Cr, Fe, Co)掺杂系列合金样品. 研究发现, 在共价作用的影响下, Fe和Co原子占A位, 使被取代的MnA (-2.1 B)变成MnD (3.2 B), 在最近邻的强交换作用下亚铁磁基体中形成了MnB-CoC-MnD局域铁磁性结构, 使分子磁矩的增量最高可达6.18 B. Fe, Co 掺杂后建立同样的局域铁磁结构, 居里温度的变化趋势却不同. 实验观察到Mn2Co1+xAl1-x中掺杂容忍度高达x=0.64, 远高于在Mn2CoGa中(x=0.36)的结果; 以及随着Al的减少, 合金由B2有序向A2混乱转变等现象, 为共价作用对合金结构稳定的影响提供了证据. 磁测量中发现Cr掺杂后磁矩增量高达3.65 B以及居里温度快速上升的反常现象, 意味着对占位规则的违背.

关键词:

Abstract

The crystal structures and magnetic properties of Mn2CoMxGa1-x and Mn2CoMxAl1-x (M=Cr, Fe, Co) alloys are investigated through experiment and calculation. Due to the covalent effect, the doped Fe and Co atoms preferentially occupy the A sites. It causes that some MnA (-2.1 B) atoms become MnD (3.2 B) and a local ferromagnetic structure of MnB-CoC-MnD is generated in the ferrimagnetic matrix, showing that an increment of molecular moment is as high as 6.18 B. The achievement of the ferromagnetic structure consumes the exchange interaction energy, consequently, reducing the TC in Fe doping alloys. It is found that the toleration for doping Co in Mn2CoAl reaches up to x=0.64, much more than that in Mn2CoGa (x=0.36), and the change from ordered B2 to A2 structures along with the decrease of Al content. These observations reveal the importance of the covalent effect in these intermetallic compounds. The Cr doping shows an abnormal increment of molecular moment of 3.65 B and increases the TC rapidly, which implies that Cr atoms may take an atomic configuration thereby disobeying to the occupation rule.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院物理研究所, 磁学国家重点实验室, 北京 100190;

2.
四川师范大学物理与电子工程学院, 成都 610068

基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 51031004, 11174352)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;

2.
College of Physics and Electronic Engineering, Sichuan Normal University, Chengdu 610068, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51031004, 11174352).

参考文献

[1]	Kainuma R, Imano Y, Ito W, Sutou Y, Morito H, Okamoto S, Kitakami O, Oikawa K, Fujita A, Kanomata T, Ishida K 2006 Nature 439 957
[2]	Kainuma R, Imano Y, Ito W, Morito H, Sutou Y, Oikawa K, Fujita A, Ishida K, Okamoto S, Kitakami O, Kanomata T 2006 Appl. Phys. Lett. 88 192513
[3]	Yu S Y, Ma L, Liu G D, Liu Z H, Chen J L, Cao Z X, Wu G H, Zhang B, Zhang X X 2007 Appl. Phys. Lett. 90 242501
[4]	Planes A, Mañsa L, Moya X, Krenke T, Acet E M, Wassermann F 2007 J. Magnetism and Magnetic Materials 310 2767
[5]	Offernes L, Ravindran P, Kjekshus A 2007 J. Alloys and Compounds 439 37
[6]	de Groot R A, Mueller F M, Engen P G V, Buschow K H J 1983 Phys. Rev. Lett. 50 2024
[7]	Zhao J J, Qi X, Liu E K, Zhu W, Qian J F, Li G J, Wang W H, Wu G H 2001 Acta Phys. Sin. 60 047108 (in Chinese) [赵晶晶, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 钱金凤, 李贵江, 王文洪, 吴光恒 2011 60 047108]
[8]	Liu G D, Dai X F, Liu H Y, Chen J L, Li Y X, Xiao G, Wu G H 2008 Phys. Rev. B 77 014424
[9]	Ma L, Wang W H, Zhen C M, Hou D L, Tang X D, Liu E K, Wu G H 2011 Phys. Rev. B 84 224404
[10]	Katayama H, Terakura K, Kanamori J 1979 Solid State Commun. 29 431
[11]	Akai H 1992 Hyperfine Interactions 68 3
[12]	Webster P J 1969 Contemporary Physics 10 559
[13]	Le Dang K, Veillet P, Campbell I A 1978 J. Phys. F: Metal Physics 8 1811
[14]	Burch T J, Litrenta T 1974 Phys. Rev. Lett. 33 421
[15]	Graf T, Casper F, Winterlik J, Balke B, Fecher G H, Felser C 2009 Zeitschrift Für Anorganische Und Allgemeine Chemie 635 976
[16]	Liu Z H, Liu H, Zhang X X, Zhang M, Dai X F, Hu H N, Chen J L, Wu G H 2004 Phys. Lett. A 329 214
[17]	Feng Z Q, Luo H Z, Wang Y X, Li Y X, Zhu W, Wu G H, Meng F B 2010 Phys. Status Solidi A 207 1481
[18]	Burch T J, Budnick J I, Niculescu V A, Raj K, Litrenta T 1981 Phys. Rev. B 24 3866
[19]	Sabine W, Maria C M A, Jonder M, Vadim K, Sergio R T, Giovanna M, Gerhard H F, Claudia F 2007 Journal of Physics D: Applied Physics 40 1524
[20]	Liu G D, Dai X F, Yu S Y, Zhu Z Y, Chen J L, Wu G H, Zhu H, Xiao J Q 2006 Phys. Rev. B 74 054435
[21]	Ziebeck K R A, Webster P J 1974 J. Phys. Chem. Solids 35 1
[22]	W P J 1971 J. Phys. Chem. Solids 32 1221
[23]	Galanakis I, Dederichs P H, Papanikolaou N 2002 Phys. Rev. B 66 174429
[24]	Luo H, Zhu Z, Liu G, Xu S, Wu G, Liu H, Qu J, Li Y 2008 Physica B: Condensed Matter 403 200
[25]	Hongzhiet L 2008 J. Phys. D: Appl. Phys. 41 055010
[26]	Küler J, William A R, Sommers C B 1983 Phys. Rev. B 28 1745
[27]	Zhu W, Liu E K, Zhang C Z, Qin Y B, Luo H Z, Wang W H 2012 Acta Phys. Sin. 61 027502 (in Chinese) [朱伟, 刘恩克, 张常在, 秦元斌, 罗鸿志, 王文洪 2012 61 027502]

施引文献

[1]	Kainuma R, Imano Y, Ito W, Sutou Y, Morito H, Okamoto S, Kitakami O, Oikawa K, Fujita A, Kanomata T, Ishida K 2006 Nature 439 957
[2]	Kainuma R, Imano Y, Ito W, Morito H, Sutou Y, Oikawa K, Fujita A, Ishida K, Okamoto S, Kitakami O, Kanomata T 2006 Appl. Phys. Lett. 88 192513
[3]	Yu S Y, Ma L, Liu G D, Liu Z H, Chen J L, Cao Z X, Wu G H, Zhang B, Zhang X X 2007 Appl. Phys. Lett. 90 242501
[4]	Planes A, Mañsa L, Moya X, Krenke T, Acet E M, Wassermann F 2007 J. Magnetism and Magnetic Materials 310 2767
[5]	Offernes L, Ravindran P, Kjekshus A 2007 J. Alloys and Compounds 439 37
[6]	de Groot R A, Mueller F M, Engen P G V, Buschow K H J 1983 Phys. Rev. Lett. 50 2024
[7]	Zhao J J, Qi X, Liu E K, Zhu W, Qian J F, Li G J, Wang W H, Wu G H 2001 Acta Phys. Sin. 60 047108 (in Chinese) [赵晶晶, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 钱金凤, 李贵江, 王文洪, 吴光恒 2011 60 047108]
[8]	Liu G D, Dai X F, Liu H Y, Chen J L, Li Y X, Xiao G, Wu G H 2008 Phys. Rev. B 77 014424
[9]	Ma L, Wang W H, Zhen C M, Hou D L, Tang X D, Liu E K, Wu G H 2011 Phys. Rev. B 84 224404
[10]	Katayama H, Terakura K, Kanamori J 1979 Solid State Commun. 29 431
[11]	Akai H 1992 Hyperfine Interactions 68 3
[12]	Webster P J 1969 Contemporary Physics 10 559
[13]	Le Dang K, Veillet P, Campbell I A 1978 J. Phys. F: Metal Physics 8 1811
[14]	Burch T J, Litrenta T 1974 Phys. Rev. Lett. 33 421
[15]	Graf T, Casper F, Winterlik J, Balke B, Fecher G H, Felser C 2009 Zeitschrift Für Anorganische Und Allgemeine Chemie 635 976
[16]	Liu Z H, Liu H, Zhang X X, Zhang M, Dai X F, Hu H N, Chen J L, Wu G H 2004 Phys. Lett. A 329 214
[17]	Feng Z Q, Luo H Z, Wang Y X, Li Y X, Zhu W, Wu G H, Meng F B 2010 Phys. Status Solidi A 207 1481
[18]	Burch T J, Budnick J I, Niculescu V A, Raj K, Litrenta T 1981 Phys. Rev. B 24 3866
[19]	Sabine W, Maria C M A, Jonder M, Vadim K, Sergio R T, Giovanna M, Gerhard H F, Claudia F 2007 Journal of Physics D: Applied Physics 40 1524
[20]	Liu G D, Dai X F, Yu S Y, Zhu Z Y, Chen J L, Wu G H, Zhu H, Xiao J Q 2006 Phys. Rev. B 74 054435
[21]	Ziebeck K R A, Webster P J 1974 J. Phys. Chem. Solids 35 1
[22]	W P J 1971 J. Phys. Chem. Solids 32 1221
[23]	Galanakis I, Dederichs P H, Papanikolaou N 2002 Phys. Rev. B 66 174429
[24]	Luo H, Zhu Z, Liu G, Xu S, Wu G, Liu H, Qu J, Li Y 2008 Physica B: Condensed Matter 403 200
[25]	Hongzhiet L 2008 J. Phys. D: Appl. Phys. 41 055010
[26]	Küler J, William A R, Sommers C B 1983 Phys. Rev. B 28 1745
[27]	Zhu W, Liu E K, Zhang C Z, Qin Y B, Luo H Z, Wang W H 2012 Acta Phys. Sin. 61 027502 (in Chinese) [朱伟, 刘恩克, 张常在, 秦元斌, 罗鸿志, 王文洪 2012 61 027502]

[1]	周金萍, 李春梅, 姜博, 黄仁忠. Co和Ni过量影响Co₂NiGa合金晶体结构及相稳定性的第一性原理研究. , 2023, 72(15): 156301. doi: 10.7498/aps.72.20230626
[2]	许佳玲, 贾利云, 刘超, 吴佺, 赵领军, 马丽, 侯登录. Li(Na)AuS体系拓扑绝缘体材料的能带结构. , 2021, 70(2): 027101. doi: 10.7498/aps.70.20200885
[3]	孙凯晨, 刘爽, 高瑞瑞, 时翔宇, 刘何燕, 罗鸿志. Zn掺杂对Heusler型磁性形状记忆合金Ni₂FeGa_1–_xZn_x(x = 0—1)电子结构、磁性与马氏体相变影响的第一性原理研究. , 2021, 70(13): 137101. doi: 10.7498/aps.70.20202179
[4]	Algethami Obaidallah A, 李歌天, 柳祝红, 马星桥. Heusler合金Mn_50–xCr_xNi₄₂Sn₈的相变、磁性与交换偏置效应. , 2020, 69(5): 058102. doi: 10.7498/aps.69.20191551
[5]	辛月朋, 马悦兴, 郝红月, 孟凡斌, 刘何燕, 罗鸿志. 等价电子数组元Heusler合金Fe2RuSi中的原子占位. , 2016, 65(14): 147102. doi: 10.7498/aps.65.147102
[6]	陈家华, 刘恩克, 李勇, 祁欣, 刘国栋, 罗鸿志, 王文洪, 吴光恒. Ga2基Heusler合金Ga2XCr(X = Mn, Fe, Co, Ni, Cu)的四方畸变、电子结构、磁性及声子谱的第一性原理计算. , 2015, 64(7): 077104. doi: 10.7498/aps.64.077104
[7]	姜恩海, 朱兴凤, 陈凌孚. Heusler合金Co2MnAl(100)表面电子结构、磁性和自旋极化的第一性原理研究. , 2015, 64(14): 147301. doi: 10.7498/aps.64.147301
[8]	王啸天, 代学芳, 贾红英, 王立英, 刘然, 李勇, 刘笑闯, 张小明, 王文洪, 吴光恒, 刘国栋. Heusler型X2RuPb (X=Lu, Y)合金的反带结构和拓扑绝缘性. , 2014, 63(2): 023101. doi: 10.7498/aps.63.023101
[9]	贾红英, 代学芳, 王立英, 刘然, 王啸天, 李朋朋, 崔玉亭, 王文洪, 吴光恒, 刘国栋. CuHg2Ti型Ti2Cr基合金的电子结构、能隙起源和磁性研究. , 2014, 63(10): 107103. doi: 10.7498/aps.63.107103
[10]	张洪武, 周文平, 刘恩克, 王文洪, 吴光恒. Heusler合金NiCoMnSn中的磁场驱动马氏体相变、超自旋玻璃和交换偏置. , 2013, 62(14): 147501. doi: 10.7498/aps.62.147501
[11]	赵建涛, 赵昆, 王家佳, 余新泉, 于金, 吴三械. Heusler合金Mn2NiGa的第一性原理研究. , 2012, 61(21): 213102. doi: 10.7498/aps.61.213102
[12]	杜音, 王文洪, 张小明, 刘恩克, 吴光恒. 铁基Heusler合金Fe2Co1-xCrxSi的结构、磁性和输运性质的研究. , 2012, 61(14): 147304. doi: 10.7498/aps.61.147304
[13]	朱伟, 刘恩克, 张常在, 秦元斌, 罗鸿志, 王文洪, 杜志伟, 李建奇, 吴光恒. Heusler合金Fe2CrGa的磁性与结构. , 2012, 61(2): 027502. doi: 10.7498/aps.61.027502
[14]	赵晶晶, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 钱金凤, 李贵江, 王文洪, 吴光恒. Co50Fe25-xMnxSi25系列合金的结构、磁性和半金属性研究. , 2011, 60(4): 047108. doi: 10.7498/aps.60.047108
[15]	赵晶晶, 舒迪, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 冯琳, 王文洪, 吴光恒. Co50Fe50-xSix合金的结构相变和磁性. , 2011, 60(10): 107203. doi: 10.7498/aps.60.107203.1
[16]	刘新浩, 林景波, 刘艳辉, 金迎九. Full-Heusler合金X2YGa(X=Co,Fe,Ni;Y=V,Cr,Mn)的电子结构、磁性及半金属特性的第一性原理研究. , 2011, 60(10): 107104. doi: 10.7498/aps.60.107104
[17]	刘国栋, 王新强, 代学芳, 柳祝红, 于淑云, 陈京兰, 吴光恒. Si掺杂的铁磁形状记忆合金Co50Ni21Ga29Six的物性研究. , 2007, 56(3): 1686-1690. doi: 10.7498/aps.56.1686
[18]	刘国栋, 王新强, 代学芳, 柳祝红, 于淑云, 陈京兰, 吴光恒. Fe和Co元素在铁磁性形状记忆合金Mn50Ni25－xFe(Co)xGa25中的作用. , 2006, 55(9): 4883-4887. doi: 10.7498/aps.55.4883
[19]	代学芳, 刘何燕, 闫丽琴, 曲静萍, 李养贤, 陈京兰, 吴光恒. CoNiZ系列合金的结构和马氏体相变性质. , 2006, 55(5): 2534-2538. doi: 10.7498/aps.55.2534
[20]	千正男, 隋郁, 刘玉强, 柳祝红, 刘国栋, 张铭, 崔玉亭, 陈京兰, 吴光恒. 四元Heusler合金NiMnFeGa中Fe原子的磁性贡献. , 2003, 52(9): 2304-2308. doi: 10.7498/aps.52.2304

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