Effect of Ga Partial Substitution on the Structural and Magnetic Properties of Heusler Ni–Mn–Ga Alloys

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Abstract—

The effect of doping with Cu and Zn atoms on the magnetic and structural properties of the cubic and tetragonal phase of the Heusler Ni2Mn1.125Ga0.875 alloy has been investigated in the framework of density functional theory. Partial substitution of Ga atoms by Cu and Zn atoms leads to a decrease in the energy difference between the ferromagnetic and ferrimagnetic states of the cubic phase and an increase in the energy barrier between the cubic and tetragonal phase. The latter observation indirectly points to the increase in the structural transition temperature observed experimentally. Within the framework of calculations of exchange interaction parameters from first principles and Monte Carlo modeling of temperature dependences of magnetization, a phase Tx diagram is constructed. It is shown that the Curie temperature of the tetragonal phase decreases significantly compared to the Curie temperature of the cubic phase with increasing Cu and Zn content due to an increase in the inter-sublattice antiferromagnetic interaction between Mn atoms.

About the authors

V. V. Sokolovskiy

Chelyabinsk State University; MISiS National University of Science and Technology

Author for correspondence.
Email: vsokolovsky84@mail.ru
Russia, 454001, Chelyabinsk; Russia, 119049, Moscow

V. D. Buchelnikov

Chelyabinsk State University

Email: vsokolovsky84@mail.ru
Russia, 454001, Chelyabinsk

References

  1. Vasiliev A.N., Buchelnikov V.D., Takagi T. Khovailo V.V., Estrin E.I. Shape-memory ferromagnets // Phys. Uspekhi. 2003. V. 46. P. 559–588.
  2. Planes A., Mañosa L. Ferromagnetic shape-memory alloys // Mater. Sci. Forum. 2006. V. 512. P. 145–152.
  3. Buchelnikov V.D., Vasiliev A.N., Koledov V.V., Taskaev S.V., Khovaylo V.V., Shavrov V.G. Magnetic shape-memory alloys: Phase transitions and functional properties // Phys. Uspekhi. 2006. V. 49. P. 871–877.
  4. Planes A., Mañosa L., Acet M. Magnetocaloric effect and its relation to shape-memory properties in ferromagnetic Heusler alloys // J. Phys. Condens. Matter. 2009. V. 21. P. 233201 (29).
  5. Khovaylo V.V., Buchelnikov V.D., Kainuma R., Koledov V.V., Otsuka M., Shavrov V.G., Takagi T., Taskaev S.V., Vasiliev A.N. Phase transitions in Ni2 + xMn1 – xGa with a high Ni excess // Phys. Rev. B. 2005. V. 72. P. 224408 (10).
  6. Çakιr A., Righi L., Albertini F., Acet M., Farle M., Aktürk S. Extended investigation of intermartensitic transitions in Ni–Mn–Ga magnetic shape memory alloys: A detailed phase diagram determination // J. Appl. Phys. 2013. V. 114. P. 183912 (9).
  7. Sokolovskiy V., Buchelnikov V., Skokov K., Gutfleisch O., Karpenkov D., Koshkid’ko Yu., Miki H., Dubenko I., Ali N., Stadler S., Khovaylo V. Magnetocaloric and magnetic properties of Ni2Mn1–xCuxGa Heusler alloys: An insight from the direct measurements and ab initio and Monte Carlo calculations // J. Appl. Phys. 2013. V. 114. P. 183913 (9).
  8. Sokolovskiy V., Grünebohm A., Buchelnikov V., Entel P. Ab initio and Monte Carlo approaches for the magnetocaloric effect in Co- and In-doped Ni–Mn–Ga Heusler alloys // Entropy. 2014. V. 16. P. 4992–5019.
  9. Gamzatov A.G., Batdalov A.B., Aliev A.M., Khizriev Sh.K., Khovaylo V.V., Ghotbi Varzaneh A., Kameli P., Abdolhosseini Sarsari I., Jannati S. Anomalous heat transfer near the martensite-austenite phase transition in Ni50Mn28Ga22 – x(Cu, Zn)x (x = 0; 1.5) alloys // Intermetallics. 2022. V. 143. P. 107491 (6).
  10. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865–3868.
  11. 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. 11169–11186.
  12. Kresse G., Joubert D. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. 1758–1775.
  13. Buchelnikov V., Zagrebin M., Sokolovskiy V. Magnetic states of Ni2MnZ and Ni2CrZ (Z = Al, As, Bi, Ga, Ge, In, P, Pb, Sb, Si, Sn, Tl) Heusler alloys // J. Magn. Magn. Mater. 2018. V. 459. P. 78–83.
  14. Sokolovskaya Y., Miroshkina O., Baigutlin D., Sokolovskiy V., Zagrebin M., Buchelnikov V., Zayak A. A ternary map of Ni–Mn–Ga Heusler alloys from ab initio calculations // Metals. 2021. V. 11. P. 973 (14).
  15. Ebert H., Ködderitzsch D., Minár J. Calculating condensed matter properties using the KKR-Green’s function method-recent developments and applications // Rep. Prog. Phys. 2011. V. 74. P. 096501 (48).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (396KB)
3.

Download (413KB)
4.

Download (165KB)
5.

Download (138KB)


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».