Магнитные параметры тройной системы FE–AL–GA: расчеты из первых принципов

А.Ф. Абдуллин¹ , Е.В. Воронина ¹ , Л.В. Добышева²

¹Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

²Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН, г. Ижевск, 426067, Россия

Полный текст PDF
DOI: 10.26907/2541-7746.2020.4.455-466

Для цитирования: Абдуллин А.Ф., Воронина Е.В., Добышева Л.В. Магнитные параметры тройной системы Fe–Al–Ga: расчеты из первых принципов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2020. – Т. 162, кн. 4. – С. 455–466. – doi: 10.26907/2541-7746.2020.4.455-466.

For citation: Abdullin A.F., Voronina E.V., Dobysheva L.V. Magnetic parameters of Fe–Al–Ga ternary system: Ab initio calculations. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2020, vol. 162, no. 4, pp. 455–466. doi: 10.26907/2541-7746.2020.4.455-466. (In Russian)

Аннотация

Проведены квантово-механические расчеты тройных систем Fe–Al–Ga различных концентраций. Получены равновесные значения постоянной решетки, магнитных моментов и сверхтонких магнитных полей. Показано, что изменение значений магнитных параметров при замещении алюминия галлием главным образом обусловлено изменением параметра решетки. Проведено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.

Ключевые слова: расчеты из первых принципов, тройные сплавы Fe–Al–Ga, магнитные моменты, сверхтонкие магнитные поля

Благодарности. Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету в рамках государственного задания в сфере научной деятельности (3.7352.2017/8.9), и в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № АААА-А17-117022250038-7).

Литература

1. Konrad J., Zaefferer S., Schneider A., Raabe D., Frommeyer G. Hot deformation behavior of a Fe 3 Al-binary alloy in the A2 and B2-order regimes // Intermetallics. – 2005. – V. 13, No 12: Discussion Meeting on the Development of Innovative Iron Aluminium Alloys. – P. 1304–1312.
2. Liu C.T., George E.P., Maziasz P.J., Schneibel J.H. Recent advances in B2 iron aluminide alloys: deformation, fracture and alloy design // Mater. Sci. Eng., A. – 1998. – V. 258, No 1–2. – P. 84–98.
3. Bormio-Nunes C., Hubert O. Piezomagnetic behavior of Fe–Al–B alloys // J. Magn. Magn. Mater. – 2015. – V. 393, No 3. – P. 404–418. – doi: 10.1016/j.jmmm.2015.05.091.
4. Restorff J.B., Wun-Fogle M., Clark A.E., Lograsso T.A., Ross A.R., Schlagel D.L. Magnetostriction of ternary Fe–Ga–X alloys (X = Ni, Mo, Sn, Al) // J. Appl. Phys. – 2002. – V. 91, No 10. – P. 8225–8227. – doi: 10.1063/1.1452220.
5. Manchon A., Ryzhanova N., Vedyayev A., Dieny B. Spin-dependent diffraction at ferromagnetic/spin spiral interface // J. Appl. Phys. – 2008. – V. 103, No 7. – Art. 07A721, P. 1–3. – doi: 10.1063/1.2837479.
6. Noakes D.R., Arrott A.S., Belk M.G., Deevi S.C., Huang Q.Z., Lynn J.W., Shull R.D., Wu D. Incommensurate spin density waves in iron aluminides // Phys. Rev. Lett. – 2003. – V. 91, No 21. – Art. 217201, P. 1–4. – doi: 10.1103/PhysRevLett.91.217201.
7. Voronina E.V., Arzhnikov A.K., Chumakov A.I., Chistyakova N.I., Ivanova A.G., Pyataev A.V., Korolev A.V. Magnetic phase separation and magnetic moment alignment in ordered alloys Fe 65 Al 35−x M −x (M −x = Ga, B; x = 0; 5 at.%) // Adv. Condens. Matter Phys. – 2018. – V. 2018. – Art. 5781873, P. 1–8. – doi: 10.1155/2018/5781873.
8. Voronina E.V., Ivanova A.G., Arzhnikov A.K., Chumakov A.I., Chistyakova N.I., Pyataev A.V., Korolev A.V. Magnetic state of quasiordered Fe–Al alloys doped with Ga and B: Magnetic phase separation and spin order // Phys. Solid State. – 2018. – V. 60, No 4. – P. 730–737. – doi: 10.1134/S1063783418040340.
9. Kulikov N.I., Postnikov A.V., Borstel G., Braun J. Onset of magnetism in B2 transitionmetal aluminides // Phys. Rev. B. – 1999. – V. 59, No 10. – P. 6824–6833.
10. Das G.P., Rao B.K., Jena P., Deevi S.C. Electronic structure of substoichiometric Fe– Al intermetallics // Phys. Rev. B. – 2002. – V. 66, No 18. – Art. 184203, P. 1–13. – doi: 10.1103/PhysRevB.66.184203.
11. Arzhnikov A.K., Dobysheva L.V., Timirgazin M.A. Formation and ordering of local magnetic moments in Fe–Al alloys // J. Magn. Magn. Mater. – 2008. – V. 320, No 13. – P. 1904–1908. – doi: 10.1016/j.jmmm.2008.02.114.
12. Marchant G.A., Patrick C.E., Staunton J.B. Ab initio calculations of temperature-dependent magnetostriction of Fe and A2 Fe 1−x Ga x within the disordered local moment picture // Phys. Rev. B. – 2019. – V. 99, No 5. – Art. 054415, P. 1–12. – doi: 10.1103/PhysRevB.99.054415.
13. Golovin I.S. Anelasticity of Fe–Ga based alloys // Mater. Des. – 2015. – V. 88. – P. 577– 587. – doi: 10.1016/j.matdes.2015.08.160.
14. Матюнина М.В., Загребин М.А., Соколовский В.В., Бучельников В.Д. Первопринципные расчеты структур и магнитных свойств сплавов Fe 1−x Ga x // Челябинский физ.-матем. журн. – 2016. – Т. 1, № 4. – С. 112–121.
15. Петрик М.В., Горбатов О.И., Горностырев Ю..Н. Роль магнетизма в формировании ближнего порядка в сплаве Fe–Ga // Письма в ЖЭТФ. – 2013. – Т. 98, № 14. – С. 912– 915.
16. Wu R. Origin of large magnetostriction in FeGa alloys // J. Appl. Phys. – 2002. – V. 91, No 10. – P. 7358–7360. – doi: 10.1063/1.1450791.
17. Wang H., Zhang Y.N., Wu R.Q., Sun L.Z., Xu D.S., Zhang Z.D. Understanding strong magnetostriction in Fe 100−x Ga x alloys // Sci. Rep. – 2013. – V. 3. – Art. 3521, P. 1–5. – doi: 10.1038/srep03521.
18. Restorff J.B., Wun-Fogle M., Hathaway K.B., Clark A.E., Lograsso T.A., Petculescu G. Tetragonal magnetostriction and magnetoelastic coupling in Fe–Al, Fe–Ga, Fe–Ge, Fe–Si, Fe–Ga–Al, and Fe–Ga–Ge alloys // J. Appl. Phys. – 2012. – V. 111, No 2. – Art. 023905, P. 1–12. – doi: 10.1063/1.3674318.
19. Cullen J.R., Clark A.E., Wun-Fogle M., Restorff J.B., Lograsso T.A. Magnetoelasticity of Fe–Ga and Fe–Al alloys // J. Magn. Magn. Mater. – 2001. – V. 226–230, Pt. 1. – P. 948–949. – doi: 10.1016/S0304-8853(00)00612-0.
20. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Lett. – 1996. – V. 77, No 18. – P. 3865–3868. – doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865.
21. Blaha P., Schwarz K., Madsen G.K.H., Kvasnicka D., Luitz J., Laskowski R., Tran F., Marks L.D. WIEN2k: An Augmented Plane Wave Plus Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties. – Wien, Austria: Vienna Univ. Technol, 2018. – 287 p.
22. Arzhnikov A.K., Dobysheva L.V. Formation of magnetic characteristics and hyperfine fields in metal–metalloid alloys // Comput. Mater. Sci. – 2002. – V. 24, No 1–2. – P. 203– 207. – doi: 10.1016/S0927-0256(02)00188-X.
23. Шпинель В.С. Резонанс гамма-лучей в кристаллах. – М.: Наука, 1969. – 408 c.
24. Аржников А.К., Добышева Л.В., Брауерс Ф. Локальные магнитные моменты и сверхтонкие магнитные поля в сплавах Fe–M (M=Si,Sn) при малых концентрациях атомов металлоида // Физика твердого тела. – 2000. – Т. 42, № 1. – С. 86–92.

Поступила в редакцию

04.02.2020

Абдуллин Аяз Фернатович, ассистент Института физики

Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: ayazik@bk.ru

Воронина Елена Валентиновна, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики

Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Elena.Voronina@kpfu.ru

Добышева Людмила Викторовна, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики неравновесных металлических систем

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН ул. Т. Барамзиной, д. 34, г. Ижевск, 426067, Россия

E-mail: lyuka17@mail.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.