Optical properties of heusler alloys Mn3Z (Z=Al, Ga, Si, Sn)

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The paper presents the findings of an experimental investigation into the optical properties of Mn3Z (Z = Al, Ga, Si, Sn) Heusler alloys. The behavior of the optical characteristics of the alloy in the IR region of the spectrum, anomalous for metallic systems, was revealed, specifically, the absence of contribution from intraband absorption and the presence of intense interband absorption. The structure of the optical conductivity spectra is explained qualitatively on the basis of the available first-principles calculations of the band structure.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. I. Shreder

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

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

A. D. Svyazhin

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

Email: shreder@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg

V. V. Marchenkov

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

Email: shreder@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg

References

  1. Марченков В.В., Ирхин В.Ю. Полуметаллические ферромагнетики, спиновые бесщелевые полупроводники и топологические полуметаллы на основе сплавов Гейслера: теория и эксперимент // ФММ. 2021. Т. 122. № 12. С. 1221–1246.
  2. De Groot R.A., Mueller F.M., Mueller P.G., van Engen P.G., Bushow K.H.J. New class of materials — half-metallic ferromagnets // Phys. Rev. Lett. 1983. V. 50. P. 2024–2027.
  3. Katsnelson M.I., Irkhin V.Yu., Chioncel L., Lichtenstein A.I., De Groot R.A. Half-metallic ferromagnets: from band structure to many-body effects // Rev. Mod. Phys. 2008. V. 80(2). P. 315–378.
  4. Марченков В.В., Ирхин В.Ю., Семянникова А.А., Коренистов П.С., Марченкова Е.Б. Электросопротивление, магнитные и гальваномагнитные свойства литого и быстрозакаленного сплава Гейслера Mn3Al // ФММ. 2023. 124 № 4. С. 339–345.
  5. Jamer M.E., Wang Y.J., Stephen G.M., McDonald I.J., Grutter A.J., Sterbinsky G.E., Arena D.A., Borchers J.A., Kirby B.J., Lewis L.H., Barbiellini B., Bansil A., and Heiman D. Compensated Ferrimagnetism in the Zero-Moment Heusler Alloy Mn3Al // Phys. Rev. Appl. 2017. V. 7 (6). P. 064036. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.7.064036
  6. Pfleiderer C., Bœuf J., Löhneysen H.V. Stability of Antiferromagnetism at High Magnetic Fields in Mn3Si // Phys. Rev. B. 2002. V. 65 (17). P. 172404. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.172404
  7. Bang H.W., Yoo W., Kim C., Lee S., Gu J., Park Y., Lee K., Jung M.H. Structural, Magnetic, and Electrical Properties of Collinear Antiferromagnetic Heteroepitaxy Cubic Mn3Ga Thin Films // Appl. Phys. Lett. 2019. V. 115. (1). P. 012402. https://doi.org/10.1063/1.5088790
  8. Cao L.Y., Xu Z.A., Gao B.X., Wang L., Zhang X.T., Zhang X.Y., Guo Y.F., Chen R.Y. Optical Study of Three-Dimensional Weyl Semimetal Mn3Sn // Phys. Rev. B. 2023. V. 108 (23). P. 235109. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.235109
  9. Kuroda K., Tomita T., Suzuki M.T., Bareille C., Nugroho A.A., Goswami P., Ochi M., Ikhlas M., Nakayama M., Akebi S., Noguchi R., Ishii R., Inami N., Ono K., Kumigashira H., Varykhalov A., Muro T., Koretsune T., Arita R., Shin S., Takeshi K., Nakatsuji S. Evidence for Magnetic Weyl Fermions in a Correlated Metal // Nature Mater. 2017. V. 16. P. 1090–1095. https://doi.org/10.1038/NMAT4987
  10. Yang H., Sun Y., Zhang Y., Shi W.J., Parkin S.S.P., Yan B. Topological Weyl Semimetals in the Chiral Antiferromagnetic Materials Mn3Ge and Mn3Sn // New J. Phys. 2017. V. 19 (1). P. 015008. https://doi.org/10.1088/1367-2630/aa5487
  11. Higo T., Man H., Gopman D.B., Wu L., Koretsune T., Van ’T Erve O.M.J., Kabanov Y.P., Rees D., Li Y., Suzuki M.T., Patankar S., Ikhlas M., Chien C.L., Arita R., Shull R.D., Orenstein J., Nakatsuji S. Large Magneto-Optical Kerr Effect and Imaging of Magnetic Octupole Domains in an Antiferromagnetic Metal // Nature Photonics. 2018. V. 12 (2). P. 73–78. https://doi.org/10.1038/s41566-017-0086-z
  12. Li X., Xu L., Ding L., Wang J., Shen M., Lu X., Zhu Z., Behnia K. Anomalous Nernst and Righi-Leduc Effects in Mn3Sn: Berry Curvature and Entropy Flow // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 119 (5). P. 056601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.056601
  13. Rout P.K., Madduri P.V.P., Manna S.K., Nayak A.K. Field-Induced Topological Hall Effect in the Noncoplanar Triangular Antiferromagnetic Geometry of Mn3Sn // Phys. Rev. B. 2019. V. 99 (9). P. 094430. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.094430
  14. Ikhlas M., Tomita T., Koretsune T., Suzuki M.T., Nishio-Hamane D., Arita R., Otani Y., Nakatsuji S. Large Anomalous Nernst Effect at Room Temperature in a Chiral Antiferromagnet // Nature Phys. 2017. V. 13 (11). P. 1085–1090. https://doi.org/ 10.1038/nphys4181
  15. Tomiyoshi S., Yamaguchi Y., Ito Y. A Mn3Sn Neutron Polarizer // Phys. B: Condens. Matter. 1995. V. 213–214 (C). P. 932–934. https://doi.org/10.1016/0921-4526(95)00326-5
  16. Chinnadurai K., Natesan B. Influence of Main-Group Elements on Structural, Electronic, Magnetic and Half-Metallic Properties of DO3-Type Mn3Z (Z = Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, P, As and Sb) Alloys — A DFT Study // Comput. Condens. Matter. 2024. V. 38. P. e00871. https://doi.org/10.1016/j.cocom.2023. e00871
  17. Chadov S., D’Souza S.W., Wollmann L., Kiss J., Fecher G.H., Felser C. Chemical Disorder as an Engineering Tool for Spin Polarization in Mn3Ga -Based Heusler Systems // Phys. Rev. B. 2015. V. 91 (9). P. 094203. https://doi.org/10.1103/ PhysRevB.91.094203
  18. Князев Ю.В., Лукоянов А.В., Кузьмин Ю.И., Даш Ш., Патра А.К., Васундхара М. Электронная структура и спектральные характеристики соединения Mn3Al // ФММ. 2021. Т. 122. № 10. С. 954–960.
  19. Zhang D., Yan B., Wu S.-C., Kübler J., Kreiner G., Parkin S.S.P. and Felser C. First-principles study of the structural stability of cubic, tetragonal and hexagonal phases in Mn3Z (Z=Ga, Sn and Ge) Heusler compounds // J. Phys.: Condens. Matter. 2013. V. 25. P. 206006.
  20. Kostenko M.G., Lukoyanov A.V. Magnetic properties and electronic structure of Mn–Al alloys in the β-Mn structure // JMMM. 2022. V. 542. P. 168600–168602.
  21. Hortamani M., Sandratskii L., Zahn P., Mertig I. Physical origin of the incommensurate spin spiral structure in Mn3Si // J. Appl. Phys. 2009. V. 105. P. 07E506.
  22. Соколов А.В. Оптические свойства металлов. М.: Физ.-мат. лит., 1961. 464 с.
  23. Jeong T. Magnetic properties of Mn3Si from first-principles studies // Physica B: Condensed Matter. 2012. V. 407. P. 888–890.
  24. Tianye Yu, Rui Liu, Yiran Peng, Pengyu Zheng, Guangwei Wang, Xiaobo Ma, Zhihong Yuan, and Zhiping Yin. Correlated electronic structure of the kagome metal Mn3Sn // Phys. Rev. B. 2022. V. 106. P. 205103. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.205103
  25. Шредер Е.И., Свяжин А.Д., Махнев А.А. Эволюция электронной структуры и оптических свойств сплавов Гейслера на основе железа // Оптика и спектроскопия. 2015. Т. 119. № 5. С. 96–100.
  26. Шредер Е.И., Кириллова М.М., Дякина В.П. Оптические, электрические свойства и электронные характеристики сплавов Co2MnZ (Z = Al, Ga, Si, Sn, Sb) // ФММ. 1996. Т. 81. Вып. 4. С. 82–90.
  27. Шредер Е.И., Лукоянов А.В., Мухачев Р.Д., Филанович А.Н., Даш Ш., Патра А.К, Васундхара М. Электронная структура и оптические свойства сплавов Гейслера Mn2–xFe1+xAl (x = –0.5, 0, 0.5, 1) // ФММ. 2023. Т. 124. № 3. С. 257–263.
  28. Шредер Е.И., Филанович А.Н., Чернов Е.Д., Лукоянов А.В., Марченков В.В., Сташкова Л.А. Электронная структура, термоэлектрические и оптические свойства сплавов Гейслера Mn2MeAl (Me=Ti, V, Cr) // ФММ. 2023. Т. 124. № 7. С. 608–615.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dispersion of the real ε1 and imaginary ε2 parts of the dielectric constant of alloys.

Download (19KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dispersion of optical conductivity of alloys. The inset shows the IR region in more detail.

Download (22KB)
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».