Nemkollineáris mágneses állapotok és gyenge ferromágnesség Mn3Sn és Mn3Ge ötvözetekben
A hexagonális struktúrájú Mn3Sn és Mn3Ge intermetallikus ötvözetek sokoldalú mágneses viselkedést mutatnak. Neutrondiffrakciós kísérletek segítségével kimutatható, hogy ezen anyagok trianguláris spinkonfigurációval rendelkeznek. A kutatásunk során elméleti módszerekkel vizsgáljuk ezen Néel-állapotok kialakulását.
Először ab initio számolásokat végeztünk az árnyékolt Korringa–Kohn–Rostoker (SKKR) programkód segítségével. Önkonzisztensen meghatároztuk a síkbeli trianguláris struktúra elektronszerkezetét. Számolásaink igazolják, hogy a királis degeneráció felhasad, és az irodalomban korábban megjelölt kiralitású (γ5) állapot rendelkezik alacsonyabb energiával. A spin-momentumok irányát is önkonzisztensen meghatározó számolásaink szintén megerősítették, hogy ezen rendszerek alapállapota a γ5 konfiguráció, vagy egy ahhoz nagyon közeli állapot.
Annak érdekében, hogy meg tudjuk határozni a vizsgált ötvözetek mágneses alapállapotát, egy alkalmas spinmodellt alkottunk az elemi cella hat Mn atomjára vonatkozóan. A rendszer D019 szerkezetének pontcsoport transzformációi segítségével meghatároztuk a csatolási mátrixok általános alakját. A modell paramétereit két módszerrel határoztuk meg: (i) egy általánosított Heisenberg-modell tenzoriális kicserélődési kölcsönhatásai és on-site anizotrópia mátrixai alapján, melyeket a spin-cluster kifejtés (SCE) technikával számoltunk a relativisztikus rendezetlen lokális momentumok (RDLM) módszerének felhasználásával és (ii) azon energiagörbékre történő illesztésből, amelyeket a spinstruktúra adott irányok körüli forgatásából kaptunk. Mindkét módszerrel sikerült igazolnunk a szimmetria megfontolásokon alapuló feltevéseinket és a legtöbb paraméterre konzisztens eredményeket kaptunk.
Egyik fő eredményünk, hogy a királis állapotok felhasadását főként a Dzyaloshinsky–Moriya-kölcsönhatás okozza. Továbbá a királis állapotok közül a magasabb energiájú (γ3) rendelkezik síkbeli anizotrópiával, míg az alacsonyabb energiás (γ5) állapot energiáját nem befolyásolja a másodrendű anizotrópia. Épp ellenkezőleg, a γ5 állapot csökkenteni tudja az energiáját, amennyiben a mágneses orientáció két alrácson szimmetrikusan torzul. Ez a folyamat egy kis eredő mágneses momentum megjelenéséhez vezet, vagyis a rendszer gyenge ferromágnesként viselkedik. A Mn3Sn esetében mind a spinmomentumok elhajlása, mind az eredő mágneses momentum egyezést mutat az irodalomban korábban közölt értékekkel.
Végül megvizsgáltuk a Mn3Ge ötvözet nem síkbeli alapállapotának lehetőségét, melyről ellentmondásos információk olvashatók az irodalomban. Számolásaink nem igazoltak ilyen mágneses állapotot, mert függetlenül a rácsállandók c/a arányától planáris γ5 állapotot kaptunk. Ugyanakkor különbséget figyeltünk meg két, egymáshoz képest 90°-kal elforgatott γ5 állapot gyenge ferromágneses torzulásában, viszont mind a torzulás szöge, mind annak energianyeresége csupán irreleváns mértékben tér el egymástól a két esetben.
