Калориметрические исследования фазовых превращений в системе La1-xYxMn2Si2

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) проведено исследование температур магнитных фазовых переходов в сплавах La1-xYxMn2Si2 (x = 0–1). В области составов х от 0 до 0.3 на температурной зависимости ДСК-сигнала обнаружены λ-образные эндотермические пики вблизи температуры 300 К, связанные с магнитным фазовым переходом из ферромагнитной в слоистую антиферромагнитную структуру, и слабые аномалии в интервале температур от 458 К для х = 0 до 323 К для х = 0.3 при разупорядочении слоистой антиферромагнитной структуры. Один яркий эндотермический пик, соответствующий разупорядочению межплоскостной антиферромагнитной слоистой структуры, обнаружен в соединении YMn2Si2. По полученным данным построена магнитная фазовая диаграмма системы La1-xYxMn2Si2 в интервале температур 270–600 К. Показано, что дифференциальная сканирующая калориметрия может быть с успехом использована для определения температур различных магнитных фазовых переходов в редкоземельных интерметаллидах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. А. Сташкова

Институт физики металлов УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: lshreder@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург

Е. Г. Герасимов

Институт физики металлов УрО РАН; Уральский федеральный университет

Email: lshreder@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург; Екатеринбург

Н. В. Мушников

Институт физики металлов УрО РАН; Уральский федеральный университет

Email: lshreder@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург; Екатеринбург

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Магнитные структуры соединений (a) LaMn2Si2 при T < 310 K, (б) YMn2Si2, (в) La0.7Y0.3Mn2Si2 и (г) LaMn2Si2 при T > 310 K по данным работы [10]. Большие сферы – атомы La и Y, маленькие сферы – атомы Mn. Атомы Si не показаны

Скачать (116KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Кривые ДСК и первые производные ДСК-сигнала по температуре соединения LaMn2Si2: (а) образец в виде куска, корундовый тигель, скорость нагрева 10 К/мин, (б) порошковый образец, тигель Pt/Rh, скорость нагрева 5 К/мин

Скачать (197KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые ДСК-соединений La1-xYxMn2Si2 (x = 0.15–1). Штрихами показаны температуры магнитных фазовых переходов, определенные из зависимостей dW/dT(T)

Скачать (178KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кривые ДСК и первые производные ДСК-сигнала по температуре соединения La0.7Y0.3Mn2Si2

Скачать (110KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Магнитная фазовая диаграмма системы La1-xYxMn2Si2, построенная на основе исследования ДСК, а также на основе литературных данных по магнитной восприимчивости [8, 15], нейтронной дифракции [10, 13, 20] и эффекта Мессбауэра [23]

Скачать (108KB)
Метаданные