Исследование редкоземельного интерметаллида La0.73Dy0.27Mn2Si2 методами Рамановской спектроскопии, магнитно-силовой микроскопии и резонансной фотоэмиссионной спектроскопии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методами атомно-силовой и магнитно-силовой микроскопии визуализированы особенности магнитной микроструктуры La0.73Dy0.27Mn2Si2 при 293 К. На магнитно-силовых изображениях обнаружено наличие малоконтрастных магнитных доменов. Экспериментально обнаружено изменение спектральных характеристик комбинационного рассеяния света при охлаждении La0.73Dy0.27Mn2Si2 до температуры 263 К. Исследована электронная структура La0.73Dy0.27Mn2Si2 методом резонансной фотоэмиссионной спектроскопии с использованием синхротронного излучения. Резонансы на 3d- и 4d-уровнях демонстрируют разные свойства валентных электронов. С помощью резонанса 3d–4f (M4,5-край поглощения) Dy определено распределение 4f-состояний диспрозия в валентной полосе. Фотоэмиссия при гигантском резонансе Dy 4d–4f (N4,5-край поглощения) определяется вкладом всех состояний в валентной полосе за счет резкого включения кулоновского взаимодействия. Определены энергии La 5p, 4f, Dy 4f и Mn 3d-состояний в валентной полосе.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. В. Корх

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: korkh@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Е. А. Пономарева

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН

Email: korkh@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

В. И. Гребенников

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН

Email: korkh@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Е. Г. Герасимов

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН; Уральский федеральный университет

Email: korkh@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18; 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Р. Г. Чумаков

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: korkh@imp.uran.ru
Россия, 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1

Н. В. Мушников

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН; Уральский федеральный университет

Email: korkh@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18; 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Т. В. Кузнецова

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН; Уральский федеральный университет

Email: korkh@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18; 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Топография (а) и соответствующее магнитно-силовое изображение (б) поверхности La0.73Dy0.27Mn2Si2, полученные с помощью сканирующего зондового микроскопа при комнатной температуре. Размер изображений 30×30 мкм2.

Скачать (322KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры КРС La0.73Dy0.27Mn2Si2 при температуре 263 и 298 К.

Скачать (117KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Резонанс на La M4,5-краях поглощения. Нормированные на среднее значение фотоэмиссионные спектры валентной полосы La0.73Dy0.27Mn2Si2 (слева), полученные при энергиях возбуждения, показанных точками на зависимости их средней интенсивности от энергии фотонов (справа).

Скачать (130KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Mn L2,3-резонанс. Нормированные на среднюю интенсивность спектры валентной полосы. Соответствующие энергии возбуждения показаны точками на зависимости средней интенсивности фотоэмиссии от энергии фотонов (спектр поглощения).

Скачать (128KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Рентгеновские фотоэлектронные спектры валентной полосы La0.73Dy0.27Mn2Si2 при прохождении энергиями фотонов (1282–1291 эВ) Dy M5-края поглощения (переход 3d5/2 → 4f). Спектры после прохождения резонанса изображены штриховыми линиями.

Скачать (99KB)
Метаданные
7. Рис. 6. (а) Спектры валентной полосы, полученные при энергии фотонов 1282 эВ (штриховая линия) и 1288 эВ (сплошная линия, при резонансном возбуждении Dy 3d5/2-уровня), нормированные на их среднее значение 2.36 и 30.46 единиц соответственно; (б) Спектры, полученные при энергии фотонов 635 эВ (штриховая линия) и 638.5 эВ (сплошная линия, при резонансном возбуждении Mn 2p3/2-уровня).

Скачать (89KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Фотоэмиссионные спектры валентной полосы, полученные при энергии фотонов 828 эВ (штриховая линия) и 831.6 эВ (сплошная линия, при резонансном возбуждении La 3d5/2-уровня).

Скачать (73KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Фотоэмиссионные спектры валентной полосы, полученные при энергии фотонов 175 эВ (штриховая линия, при резонансном возбуждении Dy 4d-уровня) и 1288 эВ (сплошная линия, при резонансном возбуждении Dy 3d5/2-уровня), нормированные на их среднее значение.

Скачать (60KB)
Метаданные