Электронная структура и магнитный фазовый переход в MnSi

Abstract

В рамках модели электронной структуры, следующей из ab initio LDA + U + SO-расчетов, описаны температурные изменения амплитуды нулевых и тепловых спиновых флуктуаций в геликоидальном ферромагнетике MnSi. Получено, что возникающее при температуре TS (лежащей в окрестности магнитного фазового перехода) резкое уменьшение амплитуды нулевых спиновых флуктуаций ведет к неустойчивости ферромагнитных решений (смена знака параметра межмодового взаимодействия). Это же является причиной наблюдаемых магнитообъемного эффекта и резкого изменения радиуса спиновых корреляций. Результаты расчета объемного коэффициента теплового расширения хорошо согласуются с наблюдаемой аномалией в области магнитного фазового перехода. [4,5]. При этом в рассматриваемой сильно коррелирован-ной электронной системе формируется геликоидаль-ное упорядочение с аномально большими магнитны-ми периодами (порядка 100−1000 ¦ ) [6][7][8], вследствие чего описание электронной структуры сталкивается с заметными трудностями учета длиннопериодической спиновой подсистемы (M q 0 = 0). Поэтому в ab initio LDA + U + SO-расчетах электронной структур [3,9-11] пренебрегают ДМ-взаимодействием и получают основ-ное ферромагнитное состояние для MnSi. Модельный учет в рассматриваемом ферромагнитном основном со-стоянии ДM-взаимодействия приводит к представлениям о ферромагнитном геликоиде, описываемом моделью Янсена−Бака [6,7].Вместе с тем в области от T S (температуры резкого уменьшения амплитуды нулевых спиновых флуктуаций) до T C (температуры перехода в парамагнитное со-стояние) экспериментально обнаружено возникновение вращения волнового вектора геликоидальной структу-ры, которое указывает на исчезновение фиксированной оси квантования геликоидальной спирали ( " катастрофа" модели Янсена−Бака) [12]. При этом возникает резкое уменьшение радиуса спиновых корреляций (который сохраняет конечное значение при T C ), а также формиру-ются лямбдаподобные аномалии теплоемкости и коэф-фициента объемного теплового расширения (КТР) [2,7]. Однако причины изменения магнитного состояния в области магнитного перехода, особенностей темпера-турной зависимости отрицательного КТР, а также роль уменьшения объема в формировании электронной струк-туры не выяснены.2. В настоящей работе на основе спин-флуктуацион-ной теории моделируется электронная структура и ис-следуются термодинамические свойства MnSi в окрест-ности магнитного перехода. Рассматривается сильно коррелированная электронная система с гамильтони-аном, учитывающим энергию зонного движения в приближении LDA + U + SO [3], внутриатомные ку-лоновские спиновые и зарядовые корреляции, а так-же антисимметричное релятивистское взаимодействие Дзялошинского−Мории. Слагаемые кулоновского взаи-модействия представлены через спиновые и зарядовые операторы -поправка к приближению LDA + U + SO, учиты-вающая многочастичные хаббардовские корреляции, J и U -параметры хаббардовского и хундовского 1261

Электронная структура и магнитный фазовый переход в геликоидальных ферромагнетиках Fe-=SUB=-1-x-=/SUB=-Co-=SUB=-x-=/SUB=-Si

“…При этом локальная намагниченность на узле не исчезает, что становится возможным вследствие различия кулонов-ских потенциалов Fe и Co на узлах. Похожая, но иная по природе ситуация, имеет место в MnSi, где ферромагнитная ось квантования исчезает вследствие " скачка" амплитуды нулевых спиновых флуктуаций [13]. При температуре T S локальная намагниченность исче-зает вследствие термодинамических спиновых флуктуа-ций.…”

“…При этом рассчитанные в рамках LSDA + U-моделирования значения магнитных моментов, в обоих случаях заметно превышают зна-чения, получаемые на эксперименте [11,12]. Ранее [13] было показано, что в моносилициде марганца возни-кают достаточно большие по амплитуде квантовые ну-А.А. Повзнер, А.Г.…”

“…Ноговицына левые спиновые флуктуации, учет которых позволяет согласовать LSDA-расчеты магнитных моментов с их экспериментально наблюдаемыми значениями. При этом нулевые спиновые флуктуации скачкообразно исчезают при магнитном фазовом переходе первого рода [13], что приводит к скачку объема и лямбда-подобным аномали-ям теплоемкости и ОКТР. В киральных ферромагнети-ках на основе Fe 1−x Со x Si, возникающие при заполнении синглетных t 0 состояний магнитные моменты и их флуктуации, пока не изучены.…”

Магнитообъемные Эффекты В Сильно Коррелированных Фазах Плутония

“…где K -изотермическая сжимаемость. Более конкретное выражение для свободной энергии электронной и магнитной подсистем записывается на основе данных [6]. При этом сильно коррелированная электронная система рассматривается как система f -мультиплетов, расщепленных вследствие спин-орбитального взаимодействия.…”