Электросопротивление и оптические свойства сплавов Гейслера Co2−xMn1+xAl (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В интервале температур от 78 до 293 K измерены температурные зависимости электросопротивления сплавов Гейслера Co2−xMn1+xAl (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1), а также их оптические свойства в интервале спектра (0.155 – 5) эВ при комнатной температуре. Показано, что величина электросопротивления всех сплавов превышает 250 мкОм∙см и увеличивается с ростом содержания марганца до значений, превышающих 380 мкОм∙см, а вид температурных зависимостей электросопротивления изменяется с “металлического” для Co2MnAl на “полупроводниково-подобный” для Mn2CoAl с переходом через инвар Co1.75Mn1.25Al. Продемонстрировано, что в формировании оптических свойств исследованных сплавов определяющую роль играют межзонные переходы. Установлено, что при комнатной температуре электропроводность и оптическая проводимость при 0.38 эВ уменьшаются с ростом концентрации марганца при х = 0.5 и 0.75 соответственно, а затем слабо изменяются с ростом х. Высказано предположение, что такое поведение связано с изменениями в зонном спектре сплавов, наиболее сильно проявляющихся в сплаве Mn2CoAl.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Семянникова

Институт физики металлов УрО РАН

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

Е. И. Шредер

Институт физики металлов УрО РАН

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

А. А. Маркин

Институт физики металлов УрО РАН

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

Ю. А. Перевозчикова

Институт физики металлов УрО РАН

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

П. Б. Терентьев

Институт физики металлов УрО РАН

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

Е. Б. Марченкова

Институт физики металлов УрО РАН

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

В. В. Марченков

Институт физики металлов УрО РАН

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

Список литературы

  1. Graf T., Felser C., Parkin S.S.P. Simple rules for the understanding of Heusler compounds // Prog. Solid State Chem. 2011. V. 39. P. 1–50.
  2. Felser C., Hirohata A. Heusler Alloys: Properties, Growth, Applications. Springer International Publishing, 2016. 492 p.
  3. Tavares S., Yang K., Meyers M.A. Heusler alloys: Past, properties, new alloys, and prospects // Prog. Mater. Sci. 2023. V. 132. P. 101017.
  4. De Groot R.A., Mueller F.M., van Engen P.G., Buschow K.H.J. New class of materials: half-metallic ferromagnets // Phys. Rev. Lett. 1983. V. 50. P. 2024–2027.
  5. Ирхин В.Ю., Кацнельсон М.И. Полуметаллические ферромагнетики // УФН. 1994. Т. 164. № 7. С. 705–724.
  6. Wang X.L. Proposal for a new class of materials: spin gapless semiconductors // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 156404.
  7. Wang X.L. Dirac spin-gapless semiconductors: promising platforms for massless and dissipationless spintronics and new (quantum) anomalous spin Hall effects // Natl. Sci. Rev. 2017. V. 4. P. 252–257.
  8. Manna K., Sun Y., Muechler L., Kübler J., Felser C. Heusler, Weyl and Berry // Nat. Rev. Mater. 2018. V. 3. P. 244–256.
  9. Zhong M., Vu N.T.T., Zhai W., Soh J.R., Liu Y., Wu J., Suwardi A., Liu H., Chang G., Loh K.P., Gao W., Qiu C.-W., Yang J.K.W., Dong Z. Weyl Semimetals: from Principles, Materials to Applications / ArXiv. 2025. arXiv:2504.01300.
  10. Wang X., Cheng Z., Zhang G., Yuan H., Chen H., Wang X.-L. Spin-gapless semiconductors for future spintronics and electronics // Phys. Rep. 2020. V. 888. P. 1–57.
  11. Sharma S., Gupta D.C. Systematic investigation of structural, magneto-electronic, mechanical, thermophysical, optical and thermoelectric properties of Hf2VZ (Z = Ga, In, Tl) inverse Heusler alloy for spintronics applications // Sci. Rep. 2024. V. 14. P. 28542.
  12. Katsnelson M.I., Irkhin V.Yu., Chioncel L., Lichtenstein A.I., de Groot R.A. Half-metallic ferromagnets: from band structure to many-body effects // Rev. Mod. Phys. 2008. V. 80. P. 315–378.
  13. Galanakis I., Dederichs P.H. Half-Metallicity and Slater–Pauling Behavior in the Ferromagnetic Heusler Alloys / Chapter in: Galanakis I., Dederichs P. (eds). Half-metallic Alloys. Lecture Notes in Physics. Berlin–Heidelberg: Springer, 2005. V. 676. P. 1–39.
  14. Марченков В.В., Ирхин В.Ю. Полуметаллические ферромагнетики, спиновые бесщелевые полупроводники и топологические полуметаллы на основе сплавов Гейслера: теория и эксперимент // ФММ. 2021. Т. 122. С. 1221–1246.
  15. Marchenkov V.V., Irkhin V.Yu., Semiannikova A.A. Unusual Kinetic Properties of Usual Heusler Alloys // J. Supercond. Nov. Magn. 2022. V. 35. P. 2153–2168.
  16. Ouardi S., Fecher G.H., Felser C., Kübler J. Realization of spin gapless semiconductors: the Heusler compound Mn2CoAl // Phys. Rev. Lett. 2013. V. 110. P. 100401.
  17. Ouardi S., Fecher G.H., Felser C., Kübler J. Erratum: Realization of spin gapless semiconductors: the Heusler compound Mn2CoAl // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 122. P. 059901.
  18. Marchenkov V.V., Irkhin V.Yu. Magnetic States and Electronic Properties of Manganese-Based Intermetallic Compounds Mn2YAl and Mn3Z (Y = V, Cr, Fe, Co, Ni; Z = Al, Ge, Sn, Si, Pt) // Materials. 2023. V. 16. P. 6351–6370.
  19. Xu S.-Y., Belopolski I., Alidoust N., Neupane M., Bian G., Zhang C., Sankar R., Chang G., Yuan Z., Lee C.-C., Huang S.-M., Zheng H., Ma J., Sanchez D.S., Wang B., Bansil A., Chou F., Shibayev P.P., Lin H., Jia S., Zahid Hasan M. Discovery of a Weyl fermion semimetal and topological Fermi arcs // Science. 2015. V. 349. P. 613–617.
  20. Belopolski I., Manna K., Sanchez D.S., Chang G., Ernst B., Yin J., Zhang S.S., Cochran T., Shumiya N., Zheng H., Singh B., Bian G., Multer D., Litskevich M., Zhou X., Huang S.-M., Wang B., Chang T.-R., Xu S.-Y., Bansil A., Felser C., Lin H., Zahid Hasan M. Discovery of topological Weyl fermion lines and drumhead surface states in a room temperature magnet // Science. 2019. V. 365. P. 1278–1281.
  21. Kübler J., Felser C. Weyl points in the ferromagnetic Heusler compound Co2MnAl // EPL. 2016. V. 114. P. 47005.
  22. Li P., Koo J., Ning W., Li J., Miao L., Min L., Zhu Y., Wang Y., Alem N., Liu C.-X., Mao Z., Yan B. Giant room temperature anomalous Hall effect and tunable topology in a ferromagnetic topological semimetal Co2MnAl // Nat. Comm. 2020. V. 11. P. 3476.
  23. Marchenkov V.V., Weber H.W., Cherepanov A.N., Startsev V.E. Experimental verification and quantitative analysis of the temperature (phonon) breakdown phenomenon in the high-field magnetoresistivity of compensated metals // J. Low Temp. Phys. 1996. V. 102. P. 133–155.
  24. Шредер Е.И., Свяжин А.Д., Махнев А.А. Эволюция электронной структуры и оптических свойств сплавов Гейслера на основе железа // Оптика и спектроскопия. 2015. Т. 119. № 6. С. 960–965.
  25. Mooij J.H. Electrical conduction in concentrated disordered transition metal alloys // Phys. Stat. Sol. 1973. V. 17. P. 521–530.
  26. Семянникова А.А., Перевозчикова Ю.А., Коренистов П.С., Марченкова Е.Б., Королев А.В., Марченков В.В. Магнитные и электрические свойства соединений Гейслера Co2MnZ (Z = Al, Si, Ga, Ge, Sn) // ФММ. 2022. V. 123. № 7. P. 753–758.
  27. Соколов А.В. Оптические свойства металлов. М.: Физ.-мат. Лит., 1961. 464 с.
  28. Шредер Е.И., Лукоянов А.В., Мухачев Р.Д., Филанович А.Н., Даш Ш., Патра А.К., Васундхара М. Электронная структура и оптические свойства сплавов Гейслера Mn2–xFe1+xAl (x = –0.5, 0, 0.5, 1) // ФММ. 2023. Т. 124. № 3. С. 257–263.
  29. Шредер Е.И., Филанович А.Н., Чернов Е.Д., Лукоянов А.В., Марченков В.В., Сташкова Л.А. Электронная структура, термоэлектрические и оптические свойства сплавов Гейслера Mn2MeAl (Me = Ti, V, Cr) // ФММ. 2023. Т. 124. № 7. С. 608–615.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Температурные зависимости электросопротивления сплавов Co2-хMn1+хAl (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1).

Скачать (601KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дисперсия действительной ε1 и мнимой ε2 части диэлектрической проницаемости сплавов Co2-хMn1+хAl (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1).

Скачать (546KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дисперсия оптической проводимости σ(ω) сплавов Co2-хMn1+хAl (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1).

Скачать (687KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости (а) электропроводности σст = 1/ρ и (б) оптической проводимости σ от концентрации х для сплавов Гейслера Co2−xMn1+xAl (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) при комнатной температуре.

Скачать (666KB)
Метаданные