Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Синтез, экспериментальные и теоретические исследования магнитных и электронных свойств интерметаллических соединений Co2-хMn1+хAl (x = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1): Co2MnAl, Co1,75Mn1,25Al, Co1,5Mn1,5Al, Mn1,75Co1,25Al, Mn2CoAl являются актуальной задачей в свете развития передовых цифровых технологий, создания устройств спинтроники, сверхбыстрой нано- и микроэлектроники. Среди сплавов Гейслера особый интерес вызывает соединение Mn2CoAl, так как в нем экспериментально наблюдалось состояние спинового бесщелевого полупроводника (СБП). В СБП-материалах существует возможность регулировать параметры электронного спектра при варьировании состава, т.е. управлять электронными свойствами. Сплав Гейслера Co2MnAl долгое время считали исключительно полуметаллическим ферромагнетиком, однако недавно были обнаружены свойства, присущие топологическому полуметаллу. Реализации этих состояний можно добиться путем малой вариации элементов вблизи стехиометрического состава и частичной заменой одних атомов на другие, входящих в состав соединения. Таким образом, проект посвящен систематическим экспериментальным исследованиям электронных, магнитных, гальваномагнитных и оптических свойств таких сплавов, которые представляют большой научный и практический интерес. За первый год работы по проекту были синтезированы литые сплавы Co2-хMn1+хAl (x = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1): Co2MnAl, Co1,75Mn1,25Al, Co1,5Mn1,5Al, Mn1,75Co1,25Al, Mn2CoAl, часть из них была подвергнута быстрой закалке из расплава (БЗР). Структура полученных материалов была аттестована методами рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии. Проведены измерения электросопротивления, оптических постоянных, магнитных и гальваномагнитных (магнитосопротивление и эффект Холла) свойств синтезированных материалов в интервале температур (4.2 K < T < 300 K) и в магнитных полях (до 90 кЭ). В сплавах с магнитным порядком выделены нормальный и аномальный коэффициенты Холла. Выполнены расчеты электронной структуры синтезированных материалов современными теоретическими методами, проведен анализ зонной структуры. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при изменении концентрации марганца в Co2MnAl происходит переход от топологического полуметалла к СБП-состоянию Mn2CoAl. Быстрая закалка из расплава приводит к большим изменениям в микроструктуре сплавов Co2-хMn1+хAl (x = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1): Co2MnAl, Co1,75Mn1,25Al, Co1,5Mn1,5Al, Mn1,75Co1,25Al, Mn2CoAl, что проявляется в кардинальном изменении их электронных транспортных и магнитных характеристик. С изменением концентрации марганца и кобальта, т.е. при переходе от сплава Co2MnAl, в котором может возникать состояние топологического полуметалла, к сплаву Mn2CoAl, в котором можно реализовать состояние спинового бесщелевого полупроводника происходят существенные изменения в электросопротивлении. Величина сопротивления при комнатной температуре большая для всех сплавов и увеличивается от 252 мкОм∙см для Co2MnAl до 383 мкОм∙см для Mn2CoAl. Вид зависимостей ρ(T) изменяется с «металлического» для Co2MnAl на слабо уменьшающийся с температурой («полупроводниково-подобный») для Mn2CoAl. Главной особенностью оптических спектров исследованных соединений является отсутствие подъема Друде к длинноволновой границе исследуемого интервала. Это свидетельствует о слабом вкладе механизма внутризонного поглощения в формирование оптических свойств. На всем исследованном участке спектра доминирующую роль играют межзонные переходы, формируя сложную спектральную зависимость σ(ω). Для всех сплавов в ИК области имеются пики поглощения, что указывает на существование низкоэнергетических щелей в их зонных спектрах.