A study of rare earth intermetallide La0.73Dy0.27Mn2Si2 by Raman spectroscopy, magnetic force microscopy and resonance photoemission spectroscopy

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The features of the magnetic microstructure of La0.73Dy0.27Mn2Si2 at 293 K have been visualized by atomic force and magnetic force microscopy. Magnetic force images reveal the presence of low-contrast magnetic domains. The change of Raman spectral characteristics of light scattering in the process of cooling La0.73Dy0.27Mn2Si2 to a temperature of 263 K is experimentally detected. The electronic structure of La0.73Dy0.27Mn2Si2 is investigated by resonance photoemission spectroscopy with the use of the synchrotron radiation. Resonances at 3d and 4d levels of electronic structure show different properties of valence electrons. Using the 3d–4f (M4.5 absorption edge) resonance, the distribution of 4f states of dysprosium in the valence band is determined. Photoemission upon the giant Dy 4d–4f (N4.5 absorption edge) resonance is determined by the contribution of all states in the valence band due to the sudden involvement of the Coulomb interaction. The energies of La and 4f levels of La, the 4f level of Dy, and the 3d level of Mn in the valence band have been determined.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Yu. V. Korkh

Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: korkh@imp.uran.ru
Russian Federation, 620108, Ekaterinburg

E. A. Ponomareva

Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: korkh@imp.uran.ru
Russian Federation, 620108, Ekaterinburg

V. I. Grebennikov

Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: korkh@imp.uran.ru
Russian Federation, 620108, Ekaterinburg

E. G. Gerasimov

Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin

Email: korkh@imp.uran.ru
Russian Federation, 620108, Ekaterinburg; 620002, Ekaterinburg

R. G. Chumakov

National Research Center "Kurchatov Institute"

Email: korkh@imp.uran.ru
Russian Federation, 123182, Moscow

N. V. Mushnikov

Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin

Email: korkh@imp.uran.ru
Russian Federation, 620108, Ekaterinburg; 620002, Ekaterinburg

T. V. Kuznetsova

Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin

Email: korkh@imp.uran.ru
Russian Federation, 620108, Ekaterinburg; 620002, Ekaterinburg

References

  1. Szytula A. Handbook of Magnetic Materials. 1991. V. 6, ed. K. H.J. Buschow. Amsterdam: Elsevier.
  2. Fujii H., Okamoto T., Shigeoka T. and Iwata N. Reentrant ferromagnetism observed in SmMn2Ge2 // Solid State Commun. 1985. V. 53. № 8. P. 715–717.
  3. Gerasimov E.G., Mushnikov N.V. and Goto T. Pressure effect on magnetic phase transitions in La0.75Sm0.25Mn2Si2 // Phys. Rev. B. 2005. V. 72. № 6. P. 064446.
  4. Kuznetsova T.V., Korkh Y.V., Grebennikov V.I., et al. Investigation of Electronic States and Magnetic Domain Structure of La1 – xSmxMn2Si2 (x = 0, 0.25) Layered Intermetallic Compounds by Resonant Photoemission Spectroscopy and Magnetic Force Microscopy // Phys. Met. Metal. 2022. V. 123. P. 451–458.
  5. 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.
  6. Mushnikov N.V., Gerasimov E.G., Terentev P.B., Gaviko V.S. Magnetic structures and magnetic phase transitions in RMn2Si2 // AIP Advances. 2018. V. 8. P. 101411.
  7. Dieing T., Hollricher O., Toporski J. (ed.). Confocal Raman microscopy. Springer, 2011. Т. 158.
  8. Kumar C.S. S. R. (ed.). Raman spectroscopy for nanomaterials characterization. Springer Science & Business Media, 2012.
  9. Schwarz A., Wiesendanger R. Magnetic sensitive force microscopy // Nano Today. 2008. V. 3. Issues 1–2. P. 28–39.
  10. Kazakova O., Puttock R., Barton C., Corte-León H., Jaafar M., Neu V., Asenjo A. Frontiers of magnetic force microscopy // J. Appl. Phys. 2019. V. 125. P. 060901.
  11. Cheong S.-W., Fiebig M., Wu W., Chapon L., Kiryukhin V. Seeing is believing: Visualization of antiferromagnetic domains // NPJ Quantum Mater. 2020. V. 5. № 3.
  12. Gerasimov E.G., Dorofeev Yu.A., Pirogov A.N., Gaviko V.S. and Mushnikov N.V. Magnetic phase transitions in La1-xDyxMn2Si2 (0 ≤ x ≤ 1) compounds // Journal of Physics: Conference Series. 2010. V. 200. 032018.
  13. Lebedev A.M., Menshikov K.A., Nazin V.G., Stankevich V.G., Tsetlin M.B., Chumakov R.G. NanoPES Photoelectron Beamline of the Kurchatov Synchrotron // Radiation Source Journal of Surface Investigation. 2021. V. 15(5). P. 1039.
  14. Yamanaka S., Kajiyama M., Sivakumar S.N., and Fukuoka H. Strong electron-phonon coupling and enhanced phonon Grüneisen parameters in valence-fluctuating metal EuPd2Si2 // High Press. Res. 2004. V. 24. P. 481.
  15. Cooper S.L., Klein M.V., Fisk Z., and Smith J.L. Raman scattering study of the electronic and vibrational excitations in CeCu2Si2 // Physical Review B. 1986. V. 34(9). P. 6235.
  16. Antal A., Knoblauch T., Singh Y., Gegenwart P., Wu D., and Dressel M. Optical properties of the iron-pnictide analog BaMn2As2 // Phys. Rev. B. 2012. V. 86 (1). P. 014506.
  17. Abrashev M.V., Todorov N.D., Geshev J. Raman spectra of R2O3 (R – Rare earth) sesquioxides with C-type bixbyite crystal structure: A comparative study // J. Appl. Phys. 2014. V. 116. № 10. P. 103101.
  18. Iliev M.N., Abrashev M.V., Laverdière J., Jandl S., Gospodinov M.M., Wang Y.Q., and Sun Y.Y. Distortion-dependent Raman spectra and mode mixing in RMnO3 perovskites (R= La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y) // Phys. Rev. B. 2006. V. 73(6). P. 064302.
  19. Jinqiu Y.U., Lei C.U. I., Huaqiang H.E., Shihong Y.A. N., Yunsheng, H. U., Hao W.U. Raman spectra of RE2O3 (RE= Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc and Y): laser-excited luminescence and trace impurity analysis // J. Rare Earths. 2014. V. 32(1). P. 1–4.
  20. Borowicz P., Latek M., Rzodkiewicz W., Łaszcz A., Czerwinski A., and Ratajczak J. Deep-ultraviolet Raman investigation of silicon oxide: thin film on silicon substrate versus bulk material // Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 2012. V. 3(4). P. 045003.
  21. Silly M.G., Charra F., Lux F., Lemercier G., Sirotti F. The electronic properties of mixed valence hydrated uropiumc hloride thin film // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. V. 17. P. 18403.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Topography (a) and the corresponding magnetic force image (b) of the La0.73Dy0.27Mn2Si2 surface obtained using a scanning probe microscope at room temperature. The size of the images is 30×30 microns.

Download (322KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Raman spectra of La0.73Dy0.27Mn2Si2 at temperatures of 263 and 298 K.

Download (117KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Resonance at the LaM 4,5 absorption edges. The photoemission spectra of the valence band La0.73Dy0.27Mn2Si2, normalized by an average value (left), obtained at excitation energies shown by dots on the dependence of their average intensity on the photon energy (right).

Download (130KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Mn L2,3-resonance. The spectra of the valence band are normalized to an average intensity. The corresponding excitation energies are shown by dots on the dependence of the average intensity of photoemission on the photon energy (absorption spectrum).

Download (128KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. X-ray photoelectron spectra of the valence band La0.73Dy0.27Mn2Si2 during the passage of photon energies (1282-1291 eV) of the Dy M5 absorption edge (transition 3d5/2 → 4f). The spectra after passing the resonance are represented by dashed lines.

Download (99KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. (a) The spectra of the valence band obtained at photon energies of 1282 eV (dashed line) and 1288 eV (solid line, with resonant excitation of the Dy 3d5/2 level), normalized to their average values of 2.36 and 30.46 units, respectively; (b) The spectra obtained at photon energies of 635 eV (dashed line) and 638.5 eV (solid line, with resonant excitation of Mn 2p3/2-level).

Download (89KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Photoemission spectra of the valence band obtained at photon energies of 828 eV (dashed line) and 831.6 eV (solid line, with resonant excitation of the La 3d5/2 level).

Download (73KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Photoemission spectra of the valence band obtained at a photon energy of 175 eV (dashed line, with resonant excitation of the Dy 4d level) and 1288 eV (solid line, with resonant excitation of the Dy 3d5/2 level), normalized to their average value.

Download (60KB)
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».