The Influence of Exchange Correlation Effects on the Stabilization of the Half-Metallic Properties of Mn2VAl and Mn2VSi Alloys

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Theoretical studies of the role of exchange correlation effects in the prediction of the half-metallic properties of ferrimagnetic Mn2VAl and Mn2VSi Heusler alloys, which are of interest in spintronics, are pre-sented. Electronic, magnetic, and structural properties are studied within the framework of density functional theory. It is shown that the correction for additional correlation effects makes it possible to reveal two states, which are close to each other in energy, but have different magnetic moments. The state with a low magneti-zation demonstrates a half-metallic character with 100% spin polarization, whereas the state with a high mag-netization has a metallic character.

About the authors

V. D. Buchelnikov

Chelyabinsk State University

Email: buche@csu.ru
Chelyabinsk, 454001 Russia

D. R. Baigutlin

Chelyabinsk State University

Email: buche@csu.ru
Chelyabinsk, 454001 Russia

V. V. Sokolovskiy

Chelyabinsk State University

Email: buche@csu.ru
Chelyabinsk, 454001 Russia

O. N. Miroshkina

University of Duisburg-Essen

Author for correspondence.
Email: buche@csu.ru
Duisburg, 47057 Germany

References

  1. Felser C., Fecher G.H., Balke B. Spintronics: a challenge for materials science and solid-state chemistry // Angew. Chem. Int. Ed. 2007. V. 46. № 5. P. 668–699.
  2. Elphick K., Frost W., Samiepour M., Kubota T., Takanashi K., Sukegawa H., Mitani S., Hirohata A. Heusler alloys for spintronic devices: review on recent development and future perspectives // Sci. Technol. Adv. Mater. 2021. V. 22. № 1. P. 235–271.
  3. Bainsla L., Suresh K. Equiatomic quaternary Heusler alloys: A material perspective for spintronic applications // Appl. Phys. Rev. 2016. V. 3. № 3. P. 031101.
  4. Hirohata A., Sagar J., Fleet L.R., Parkin S.S. Heusler alloy films for spintronic devices. Springer, 2016. P. 219–248.
  5. Marchenkov V., Irkhin V.Y. Half-metallic ferromagnets, spin gapless semiconductors, and topological semimetals based on Heusler alloys: Theory and experiment // Phys. Met. Metallogr. 2021. V. 122. № 12. P. 1133–1157.
  6. Luo H., Zhu Z., Liu G., Xu S., Wu G., Liu H., Qu J., Li Y. Prediction of half-metallic properties for the Heusler alloys Mn2CrZ (Z = Al, Ga, Si, Ge, Sb): A first-principles study // J. Magn. Magn. Mater. 2008. V. 320. № 3–4. P. 421–428.
  7. Zenasni H., Faraoun H., Esling C. First-principle prediction of half-metallic ferrimagnetism in Mn-based full-Heusler alloys with highly ordered structure // J. Magn. Magn. Mater. 2013. V. 333. P. 162–168.
  8. Luo H., Zhang H., Zhu Z., Ma L., Xu S., Wu G., Zhu X., Jiang C., Xu H. Half-metallic properties for the Mn2FeZ (Z = Al, Ga, Si, Ge, Sb) Heusler alloys: A first-principles study // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. № 8. P. 083908.
  9. Sokolovskiy V.V., Zagrebin M.A., Sokolovskaya Y., Buchelnikov V.D. Structural and magnetic properties of Mn2NiZ (Z = Ga, In, Sn, Sb) Heusler alloys from ab initio calculations // Solid State Phenomena / Trans Tech Publ. V. 233. 2015. P. 229–232.
  10. Ram M., Saxena A., Aly A.E., Shankar A. Half-metallicity in new Heusler alloys Mn2ScZ (Z = Si, Ge, Sn) // RSC Adv. 2020. V. 10. № 13. P. 7661–7670.
  11. Chadov S., Qi X., Kübler J., Fecher G.H., Felser C., Zhang S.C. Tunable multifunctional topological insulators in ternary Heusler compounds // Nat. Mater. 2010. V. 9. № 7. P. 541–545.
  12. Graf T., Parkin S., Felser C. Heusler compounds – A material class with exceptional properties // IEEE Trans. Magn. 2010. V. 47. № 2. P. 367–373.
  13. Nayak A.K., Nicklas M., Chadov S., Khuntia P., Shekhar C., Kalache A., Baenitz M., Skourski Y., Guduru V.K., Puri A. et al. Design of compensated ferrimagnetic Heusler alloys for giant tunable exchange bias // Nat. Mater. 2015. V. 14. № 7. P. 679–684.
  14. Weht R., Pickett W.E. Half-metallic ferrimagnetism in Mn2VAl // Phys. Rev. B. 1999. V. 60. № 18. P. 13006.
  15. Felser C., Fecher G.H. Spintronics: from Materials to Devices. N.Y., USA: Springer, 2013. 369 p.
  16. Galanakis I., Ӧzdoğan K., Şaşıoğlu E., Aktaş B. Doping of Mn2VAl and Mn2VSi Heusler alloys as a route to half-metallic antiferromagnetism // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. № 9. P. 092407.
  17. Şaşıoğlu E. Nonzero macroscopic magnetization in half-metallic antiferromagnets at finite temperatures // Phys. Rev. B. 2009. V. 79. № 10. P. 100406.
  18. Dai X., Liu G., Chen L., Chen J., Wu G. Mn2CoSb compound: Structural, electronic, transport and magnetic properties // Solid State Commun. 2006. V. 140. № 11–12. P. 533–537.
  19. Luo H., Zhu Z., Ma L., Xu S., Zhu X., Jiang C., Xu H., Wu G. Effect of site preference of 3d atoms on the electronic structure and half-metallicity of Heusler alloy Mn2YAl // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. V. 41. № 5. P. 055 010.
  20. Liu G., Dai X., Liu H., Chen J., Li Y., Xiao G., Wu. G. Mn2CoZ (Z = Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Sb) compounds: Structural, electronic, and magnetic properties // Phys. Rev. B. 2008. V. 77. № 1. P. 014424.
  21. Kresse G., Furthmüller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. P. 11 169–11 186.
  22. Kresse G., Joubert D. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. 1758.
  23. Perdew J., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865.
  24. Sun J., Ruzsinszky A., Perdew J.P. Strongly constrained and appropriately normed semilocal density functional // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 115. P. 036402.
  25. Nakamichi T., Stager C. Phenomenological formula of NMR satellite of Heusler alloys and magnetic structure of Mn2VAl // J. Magn. Magn. Mater. 1983. V. 31. P. 85–87.
  26. Itoh H., Nakamichi T., Yamaguchi Y., Kazama N. Neutron diffraction study of Heusler type alloy Mn0.47V0.28Al0.25 // Trans. Jpn. Inst. Met. 1983. V. 24. № 5. P. 265–271.
  27. Ӧzdoğan K., Galanakis I., Şaşıoğlu E., Aktağ B. Search for half-metallic ferrimagnetism in V-based Heusler alloys Mn2VZ (Z = Al, Ga, In, Si, Ge, Sn) // J. Phys.: Condens. Matter. 2006. V. 18. № 10. P. 2905.
  28. Wurmehl S., Kandpal H.C., Fecher G.H., Felser C. Valence electron rules for prediction of half-metallic compensated-ferrimagnetic behaviour of Heusler compounds with complete spin polarization // J. Condens. Matter Phys. 2006. V. 18. № 27. P. 6171.
  29. Nagai K., Fujiwara H., Aratani H., Fujioka S., Yomosa H., Nakatani Y., Kiss T., Sekiyama A., Kuroda F., Fujii H. et al. Electronic structure and magnetic properties of the half-metallic ferrimagnet Mn2VAl probed by soft X-ray spectroscopies // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. № 3. P. 035 143.
  30. Li H., Hayashi K., Dong J., Li J.-F., Miyazaki Y. Distinct impact of order degree on thermoelectric power factor of p-type full-Heusler Mn2VAl compounds // Mater. Res. Express. 2020. V. 7. № 5. P. 055 503.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (446KB)
4.

Download (158KB)
5.

Download (1MB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».