Calorimetric Studies of Phase Transformations in the La1 – xYxMn2Si2 System

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Differential scanning calorimetry (DSC) is used to determine the magnetic phase transformation temperatures of the La1 – xYxMn2Si2 (x = 0–1) alloys. For the compositions with х from 0 to 0.3, the temperature dependences of DSC signal exhibit λ-like endothermic effects observed near 300 K, which are related to the magnetic phase transition from the ferromagnetic to layered antiferromagnetic structure, and weak anomalies, which are observed in a temperature range of from 458 K for the composition with х = 0 to 323 К for the composition with х = 0.3 upon disordering of the layered antiferromagnetic structure. A clear endothermic peak corresponding to the disordering of interplane antiferromagnetic layered structure was found for the YMn2Si2. The data obtained are used to construct the magnetic phase diagram of the La1–xYxMn2Si2 system in a temperature range of 270–600 К. The differential scanning calorimetry is shown can be successfully used for the determination of temperatures of various magnetic phase transformations in rare-earth intermetallic compounds.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. A. Stashkova

M.N. Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lshreder@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg

E. G. Gerasimov

M.N. Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Ural Federal University

Email: lshreder@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg; Ekaterinburg

N. V. Mushnikov

M.N. Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Ural Federal University

Email: lshreder@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg; Ekaterinburg

References

  1. Ban Z., Sikirca M. The crystal structure of ternary silicides ThM2Si2 (M = Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu) // Acta Cryst. 1965. V. 18. P. 594–599.
  2. Shatruk M. ThCr2Si2 structure type: the “perovskite” of intermetallics // J. Solid State Chem. 2019. V. 272. P. 198–209.
  3. Fang C., Li G., Wang J., Hutchison W.D., Ren Q.Y., Deng Z., Ma G., Dou S., Campbell S.J., Cheng Z. New insight into magneto-structural phase transitions in layered TbMn2Ge2-based compounds. Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 45814–14.
  4. Sapkota A., Ueland B.G., Anand V.K., Sangeetha N.S., Abernathy D.L., Stone M.B., Niedziela J.L., Johnston D.C., Kreyssig A., Goldman A.I., McQueeney R.J. Effective one-dimensional coupling in the highly frustrated square-lattice itinerant magnet CaCo2-yAs2 // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 119. P. 147201–5.
  5. Szytuła A., Leciejewicz J. Magnetic properties of ternary intermetallic compounds of the RT2X2 type // Handbook on the physics and chemistry of rare earths / Ed. by K.A. Gschneidner, Jr. and L. Eyring. Elsevier Sci. Publ. Amsterdam. 1989. V. 12. Ch. 83. P. 133–211.
  6. Szytuła A. Magnetic properties of ternary intermetallic rare-earth compounds // Handbook of magnetic materials / Ed. by K.H.J. Buschow. Elsevier Sci. Publ. Amsterdam. 1991. V. 6. Ch. 2. P. 85–180.
  7. Baranov N.V., Gerasimov E.G., Mushnikov N.V. Magnetism of compounds with a layered crystal structure // Phys. Met. Metal. 2011. V. 112. No. 7. P. 711–744.
  8. Sampathkumaran E.V., Chaughule R.S., Gopalakrishnan K.V., Malik S.K., Vijayaraghavan R. Magnetic properties of the La1-xYxMn2Si2 system // J. Less-Common Met. 1983. V. 92. P. 35–40.
  9. Chaughule R.S., Radhakrishnamurty C., Sampathkumaran E.V., Malik S.K., Vijayaraghavan R. AC magnetic susceptibility and hysteresis studies on La1-xYxMn2Si2 intermetallic compounds // Mat. Res. Bull. 1983. V. 18. P. 817–821.
  10. Ijjaali I., Venturini G., Malaman B., Ressouche E. Neutron diffraction study of the La1-xYxMn2Si2 solid solution (0 ≤ x ≤ 1) // J. Alloys Compounds. 1998. V. 266. P. 61–70.
  11. Venturini G., Welter R., Ressouche E., Malaman B. Neutron diffraction study of Nd0.35La0.65Mn2Si2: A SmMn2Ge2-like magnetic behaviour compound // J. Magn. Magn. Mater. 1995. V. 150. P. 197–212.
  12. Hofmann M., Campbell S.J., Kennedy S.J., Zhao X.L. A neutron diffraction study of LaMn2Si2 (10-473 K) // J. Magn. Magn. Mater. 1997. V. 176. P. 279–287.
  13. Hofmann M., Campbell S.J., Kennedy S.J. Competing magnetic interactions in La0.8Y0.2Mn2Si2 – coexistence of canted ferromagnetism and antiferromagnetism // J. Phys.: Condens. Matter. 2007. V. 19. P. 486202–9.
  14. VanDover R.B., Gyorgy E.M., Cava R.J., Krajewski J.J., Felder R.J., Peck W.F. Magnetoresistance of SmMn2Ge2: A layered antiferromagnet // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. P. 6134–6137.
  15. Gerasimov E.G., Mushnikov N.V., Koyama K., Kanomata T., Watanabe K. Positive magnetoresistance and large magnetostriction at first-order antiferro–ferromagnetic phase transitions in RMn2Si2 compounds // J. Phys.: Condens. Matter. 2008. V. 20. P. 445219–6.
  16. Mushnikov N.V., Gerasimov E.G. Magnetostriction of La0.75Sm0.25Mn2Si2 compound // J. Alloys Compounds. 2016. V. 676. P. 74–79.
  17. Emre B., Dincer I., Elerman Y., Aksoy S. An investigation of magnetocaloric effect and its implementation in critical behavior study of La1-xNdxMn2Si2 compounds // Solid State Sci. 2013. V. 22. P. 1–7.
  18. Mushnikov N.V., Gerasimov E.G., Terentev P.B., Gaviko V.S., Yazovskikh K.A., Aliev A.M. Magnetic phase transitions and magnetocaloric effect in layered intermetallic La0.75Sm0.25Mn2Si2 compound // J. Magn. Magn. Mater. 2017. V. 440. P. 89–92.
  19. Gerasimov E.G., Umetsu R.Y., Mushnikov N.V., Fujita A., Kanomata T. Magnetic anisotropy of La0.75Sm0.25Mn2Si2 compound // J. Phys.: Condens. Matter. 2007. V. 19. P. 486202–9.
  20. Kennedy S.J., Kamiyama T., Oikawa K., Campbell S.J., Hofmann M. Mixed magnetic phases in La0.85Y0.15Mn2Si2 – high resolution diffraction // Appl. Phys. A. 2002. V. 74. Suppl. P. S880–S882.
  21. Nowik I., Levi Y., Felner I., Bauminger E.R. New multiple magnetic phase transitions and structures in RMn2X2, X = Si or Ge, R = rare earth // J. Magn. Magn. Mater 1995. V. 147. P. 373–384.
  22. Nowik I., Felner I., Bauminger E.R. A non-magnetic Fe probe of multiple magnetic phase transitions in RMn2Si2-xGex, R = rare earth // Il Nuovo Cimento. 1996. V. 18D. P. 275–280.
  23. Campbell S.J., Cadogan J.M., Zhao X.L., Hofmann M., Li H.S. Magnetic transitions in La1-xYxMn2Si2 – Mӧssbauer investigation (4.2–520 K) // J. Phys.: Condens. Matter. 1999. V. 11. P. 7835–7850.
  24. Подгорных С.М., Казанцев В.А., Герасимов Е.Г. Анализ магнитных вкладов в тепловое расширение соединения SmMn2Ge2 // ФММ. 2000. Т. 90. № 6. С. 49–57.
  25. Подгорных С.М., Казанцев В.А., Герасимов Е.Г. Тепловое расширение соединений RMn2Х2 (R = Y, La, Sm; X = Si, Ge) в области перехода в магнитоупорядоченное состояние // ФММ. 2003. Т. 96. № 2. С. 62–67.
  26. Slaski M, Szytuła A. Specific heat of SmMn2Ge2: evidence of a magnetic phase transition at TN // J. Alloys Compounds. 2004. V. 363. P. L12–L13.
  27. Kervan S., Kılıç A., Gencer A. AC susceptibility, XRD and DSC studies of Sm1−xGdxMn2Si2 silicides // Physica B: Condens. Matter. 2004. V. 344. P. 195–200.
  28. Kervan S., Kılıç A., Aksu E., Gencer A. Magnetic behavior in Ce1–xTbxMn2Si2 silicides by XRD, DSC and AC susceptibility measurements // Phys. Stat. Sol. (b). 2005. V. 242. P. 3195–3200.
  29. Lin S.D., Chen X.L., Wang J., Zhu C.F., Rong M.H., Rao G.H., Zhou H.Y. Magnetic properties and magnetocaloric effect of Nd0.7Gd0.3Mn2Si2 alloy // Advanced Mater. Research. 2017. V. 1142. P. 47–52.
  30. Gerasimov E.G., Kurkin M.I., Korolyov A.V., Gaviko V.S. Magnetic anisotropy and ferro-antiferromagnetic phase transition in LaMn2Si2 // Phys. B. 2002. V. 322. P. 297–305.
  31. Illers K.H. Die Ermittlung Des Schmelzpunktes von Kristallinen Polymeren Mittels Wärmeflusskalorimetrie (DSC) // Europ. Polymer J. 1974. V. 10. P. 911–916.
  32. Сташкова Л.А., Мушников Н.В., Гавико В.С., Протасов А.В. Калориметрические исследования фазовых превращений в сплавах Fe–Ni // ФММ. 2022. Т. 123. № 10. С. 1038–1045.
  33. Mushnikov N.V., Kuchin A.G., Gerasimov E.G., Terentev P.B., Gaviko V.S., Serikov V.V., Kleinerman N.M., Vershinin A.V. Magnetic phase transitions in Y1-xTbxMn6Sn6, La1-xSmxMn2Si2, Lu2(Fe1-хMnx)17, and La(Fe0.88SixAl0.12-x)13 intermetallic compounds // J. Magn. Magn. Mater. 2015. V. 383. P. 196–202.
  34. Gerasimov E.G., Kanomata T. Gaviko V.S. Interrelation between electronic structure and interatomic distances for RMn2X2 compounds // Physica B. 2007. V. 390. P. 118–123.
  35. Кузнецова Т.В., Корх Ю.В., Гребенников В.И., Раздивончик Д.И., Пономарева Е.А., Герасимов Е.Г., Мушников Н.В. Исследование электронных состояний и магнитной доменной структуры слоистых интерметаллидов La1–xSmxMn2Si2 (x = 0, 0.25) методом резонансной фотоэмиссионной спектроскопии и магнитно-силовой микроскопии // ФММ. 2022. Т. 123. № 5. С. 482–490.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Magnetic structures of compounds (a) LaMn2Si2 at T < 310 K, (b) YMn2Si2, (c) La0.7Y0.3Mn2Si2 and (d) LaMn2Si2 at T > 310 K according to [10]. Large spheres are La and Y atoms, small spheres are Mn atoms. Si atoms are not shown

Download (116KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. DSC curves and first derivatives of DSC signal over temperature of LaMn2Si2 compound: (a) lump sample, corundum crucible, heating rate 10 K/min, (b) powder sample, Pt/Rh crucible, heating rate 5 K/min

Download (197KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. DSC curves of La1-xYxMn2Si2 compounds (x = 0.15-1). The dashes show the temperatures of magnetic phase transitions determined from the dW/dT(T) dependences

Download (178KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. DSC curves and first derivatives of DSC signal over temperature of La0.7Y0.3Mn2Si2 compound

Download (110KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Magnetic phase diagram of the La1-xYxMn2Si2 system based on the DSC study as well as on the literature data on magnetic susceptibility [8, 15], neutron diffraction [10, 13, 20] and the Mössbauer effect [23]

Download (108KB)
Indexing metadata


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».