Skyrmions and Fluctuations of Spin Spirals in Strongly Correlated Fe1–хCoхSi with Noncentrosymmetric Cubic Structure

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Strongly correlated Fe1–хCoxSi solid solutions with broken B20-type cubic structure are studied. Within the framework of the spin-fluctuation theory and in the model of the density of electronic states, arising from first-principles calculations within the framework of the generalized gradient approximation taking into account strong Coulomb correlations (GGA+U) temperature transitions are considered in strongly correlated Fe1–хCoxSi alloys (for example, x = 0.2, 0.3) with the Dzyaloshinskii–Moriya (DM) interaction. It is shown that in the compositions under consideration, a first-order magnetic phase transition, which is prolonged in temperature, occurs, during which the sign of the intermode coupling parameter in the Ginzburg–Landau functional changes. It is found that such a transition results in the formation of skyrmion A-phases in limited ranges of temperatures and external magnetic fields, beyond which the experimentally observed fluctuations of spin spirals are realized. The constructed (h–Т)-diagrams (which indicate the range of long-range order, fluctuation and skyrmion phases) of Fe1–хCoxSi at x = 0.2 and 0.3 are consistent with the experiment.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. А. Povzner

Ural Federal University Named After the First President of Russia B. N. Yeltsin

Author for correspondence.
Email: a.a.povzner@urfu.ru
Russian Federation, Yekaterinburg, 620002

А. G. Volkov

Ural Federal University Named After the First President of Russia B. N. Yeltsin

Email: a.a.povzner@urfu.ru
Russian Federation, Yekaterinburg, 620002

Т. А. Nogovitsyna

Ural Federal University Named After the First President of Russia B. N. Yeltsin

Email: a.a.povzner@urfu.ru
Russian Federation, Yekaterinburg, 620002

References

  1. Beille J., Voiron J., Towfiq F., Roth M., Zhang Z.Y. // J. Phys. F: Met.Phys. 1981. V. 11. P. 2153.
  2. Стишов С.М., Перова А.Е. // УФН. 2011. T. 181. № 11. C. 1157. https://www.doi.org/10.3367/UFNr.0181.201111b.1157
  3. Григорьев С.В., Дядькин В.А., Малеев С.В., Menzel D., Schoenes J., Lamago D., Москвин Е.В., Eckerlebe H. // ФТТ. 2010. T. 52. № 5. C. 852.
  4. Siegfried S.-A., Altynbaev E.V., Chubova N.M., Dyadkin V., Chernyshov D., Moskvin E.V., Menzel D., Heinemann A., Schreyer A., Grigoriev S.V. // Phys. Rev. B. 2015. V. 91. P. 184406. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.184406
  5. Grigoriev S.V., Dyadkin V.A., Moskvin E.V., Lamago D., Wolf Th., Eckerlebe H., Maleyev S.V. // Phys. Rev. B. 2009. V. 79. P. 144417. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.79.144417
  6. Дзялошинский И.Е. // ЖЭТФ. 1957. T. 32. № 6. C. 1548.
  7. Moriya T. // Phys. Rev. 1960. V. 120. P. 91.
  8. Bauer A., Garst M., Pfleiderer C. // Phys. Rev. B. 2016. V. 93. P. 235144. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.235144
  9. Janoschek M., Garst M., Bauer A., Krautscheid P., Georgii R., Boni P., Pfleiderer C. // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. P. 134407. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.87.134407
  10. Münzer W., Neubauer A., Adams T., Mühlbauer S., Franz C., Jonietz F., Georgii R., Böni P., Pedersen B., Schmidt M., Rosch A., Pfleiderer C. // Phys. Rev. B. 2010. V. 72. P. 041203. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.81.041203
  11. Hubbard J. // Proc. Roy. Soc. A. 1963. V. 276. P. 238.
  12. Moriya T. // Spin Fluctuations in Itinerant Electron Magnetism. Berlin: Springer-Verlag, 1985.
  13. Hubbard J. // Phys. Rev. Lett. 1959. V. 3. P. 77.
  14. Brazovskii S.A., Dzyaloshinskii I.E., Kukharenko B.G. // Sov. Phys. JETP. 1976. V. 43. P. 1178.
  15. Brando M., Belitz D., Grosche F.M., Kirkpatrick T.R. // Rev. Mod. Phys. 2016. V. 88. P. 25006. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.88.025006
  16. Hertz J.A., Klenin M.A. // Phys. Rev. B. 1974. V. 10. № 3. P. 1084. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.10.1084
  17. Hertz J.A., Klenin M.A. // Physica B. 1977. V. 91. № 1. P. 49.
  18. Lindhard J. // Dan. Mat. Fys. Medd. 1954. V. 28. № 8. P. 1.
  19. Dzyaloshinskii I.E., Kondratenko P.S. // Sov. Phys. JETP. 1976. V. 43. № 5. P. 1036.
  20. Berry M.V. // Proc. Royal Soc. London A. 1984. V. 392. P. 45. https://doi.org/10.1098/rspa.1984.0023
  21. Wilde M.A., Dodenhöft M., Niedermayr A., Bauer A., Hirschmann M.M., Alpin K., Schnyder A.P., Pfleiderer C. // Nature. 2021. V. 594. P. 374. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03543-x
  22. Vergniory M.G., Elcoro L., Felser C., Regnault N., Bernevig B.A., Wang Z. // Nature. 2019. V. 566. P. 480. https://doi.org/10.1038/s41586-019-0954-4
  23. Bannenberg L.J., Kakurai K., Qian F., Lelievre-Berna E., Dewhurst C.D., Onose Y., Endoh Y., Tokura Y., Pappas C. // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. P. 104406. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.104406

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. 1. Density of electronic states sp(1) and d(2) of Fe1–xCoxSi alloys x = 0.2 (top) and 0.3 (bottom). The position of the Fermi level coincides with the beginning of the energy count. The parameters of the Hubbard interaction were set in the approximation of a virtual crystal: UCo = 2.4 eV, UFe = 1.2 eV, x is the concentration of cobalt.

Download (97KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Phase diagram of Fe0.8Co0.2Si alloy: points are experimental data [8]; lines are the result of calculations.

Download (71KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Phase diagram of Fe0.7Co0.3Si alloy: points are experimental data [10]; lines are the result of calculations.

Download (67KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».