Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Актуальной задачей современной физики магнитных явлений, конденсированного состояния и материаловедения является поиск, разностороннее изучение структурных, электронных транспортных, магнитных и других характеристик новых материалов для применения их в спинтронике, микро- и наноэлектронике. Среди сплавов Гейслера особый интерес вызывает соединение Co2MnAl, которое сочетает в себе свойства полуметаллического ферромагнетика и топологического полуметалла, в котором можно достичь 100% поляризации носителей заряда. А Cu2MnAl является хорошим ферромагнитным металлом, имеет характерное поведение «идеального» ферромагнетика с локальным моментом и может быть использован в качестве материала для монохроматора и поляризации нейтронов. Оба соединения имеют высокую температуру Кюри, что позволяет использовать их для устройств, работающих при комнатной температуре. Также известно, что для практического применения необходимо сочетание определенных электрических и магнитных свойств, которого можно достичь изменением химического состава материала и/или его микроструктуры. Одними из эффективных способов изменения микроструктуры являются быстрая закалка из расплава и термобарическая обработка. Таким образом, проект посвящен комплексному исследованию экспериментальными (электронные транспортные, магнитные, структурные свойства) и теоретическими (расчет электронной зонной структуры, магнитных моментов) методами соединений Гейслера (Cu(1-x)Cox)2MnAl (0 ≤ x ≤ 1) с изменением их химического состава и микроструктуры при переходе от ферромагнитного состояния Cu2MnAl в состояние полуметаллического ферромагнетика и топологического полуметалла Co2MnAl. За первый год работы по проекту были синтезированы литые поликристаллические сплавы и быстрозакаленные ленты соединений Гейслера (Cu(1-x)Cox)2MnAl (0 ≤ x ≤ 1): Cu2MnAl, Cu1.5Co0.5MnAl, CuCoMnAl, Cu0.5Co1.5MnAl, Co2MnAl. Структура полученных материалов была аттестована методами рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии. Проведены измерения электросопротивления, магнитных и гальваномагнитных (магнитосопротивление и эффект Холла) свойств синтезированных материалов в интервале температур (4.2 K < T < 300 K) и в магнитных полях (до 50 кЭ). В сплавах с магнитным порядком выделены коэффициенты нормального и аномального эффекта Холла. Определены электронные (знак, вид основных носителей заряда, концентрация, подвижность носителей заряда, остаточное электросопротивление) и магнитные (спонтанная намагниченность, намагниченность насыщения, магнитный момент, коэрцитивная сила) характеристики синтезированных сплавов. Выполнены расчеты электронной структуры и магнитных свойств Cu2MnAl, Cu1.5Co0.5MnAl, CuCoMnAl, Cu0.5Co1.5MnAl, Co2MnAl с учетом экспериментальных данных по кристаллической структуре литых сплавов. Получены новые данные о зонной структуре, величинах полной и парциальной плотностей 3d состояний на уровне Ферми, полном и парциальных магнитных моментов в исследованных соединениях. Изменения электронных и магнитных характеристик при переходе от ферромагнитного металла Cu2MnAl к топологическому полуметаллу Co2MnAl обусловлены перестройкой электронной зонной структуры сплавов. Это проявляется в изменении плотности электронных состояний на уровне Ферми, что находит отражение в величине электросопротивления и виде его температурных зависимостей, а также в магнитных и гальваномагнитных свойствах. Все температурные зависимости электросопротивления имеют металлический тип, т.е. сопротивление возрастает с ростом температуры. Наиболее сильная зависимость от температуры наблюдается для Cu2MnAl и Cu1.5Co0.5MnAl, а самая слабая для Co2MnAl и Cu0.5Co1.5MnAl. В исследованном интервале температур от 78 K до 300 K сопротивление изменяется по степенному закону ρ ~ T^n для всех сплавов. При этом для литых Cu2MnAl и Cu1.5Co0.5MnAl показатель степени n > 1, а для CuCoMnAl, Cu0.5Co1.5MnAl и Co2MnAl показатель n < 1, т.е. наблюдается отрицательная кривизна, которую можно объяснить появлением и ростом вкладов от 3d состояний на уровне Ферми EF. Это может усиливать s-d-межзонное рассеяние и, как следствие, давать дополнительный вклад в сопротивление, что приводит к отрицательной кривизне температурных зависимостей электросопротивления. Из измерений магнитных свойств определено, что все исследованные соединения являются ферромагнетиками. Концентрация носителей тока в случае ферромагнитного литого сплава Cu2MnAl n = 17.7×10^22 (быстрозакаленного n = 5.2×10^22), что соответствует концентрации типичного металла, а для Co2MnAl n = 1,1×10^22 (быстрозакаленного n = 0.2×10^22), что ближе к полуметаллическим соединениям. Эти данные хорошо согласуются со значениями удельного электросопротивления и характером температурных зависимостей исследованных сплавов, а также с теоретическими расчетами. Быстрая закалка из расплава приводит к большим изменениям в микроструктуре сплавов (Cu(1-x)Cox)2MnAl (0 ≤ x ≤ 1): Cu2MnAl, Cu1.5Co0.5MnAl, CuCoMnAl, Cu0.5Co1.5MnAl, Co2MnAl (соединения становятся однофазными, кроме CuCoMnAl, но формируется структура B2), что проявляется в значениях величин электросопротивления, магнитного момента, сопротивления Холла и магнитосопротивления. Также в соединениях Cu0.5Co1.5MnAl и Co2MnAl происходит смена типа основных носителей заряда с электронов на дырки. Таким образом, исследования, запланированные на первый год работы по проекту, полностью выполнены. На основе полученных экспериментальных, расчетных и теоретических, а также имеющихся литературных данных опубликована 1 статья, а также подготовлена и принята в печать рукопись 1 статьи. Кроме того, полученные результаты представлены в виде стендовых докладов на 2 международных конференциях, опубликованы 2 тезиса доклада.