분말 중성자 회절을 통해 풀어낸 고용체 LaMn2(Ge1−xSix)2(0 ≤ x ≤ 1)의 자기 상태 다이어그램

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 9248(2022) 이 기사 인용

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ThCr2Si2형 고용체 LaMn2(Ge1-xSix)2(x = 0.0 ~ 1.0)의 구조적 및 자기적 특성은 X선 회절, 자화 및 중성자 회절 측정을 조합하여 조사되었으며, 이를 통해 자기 조성을 설정할 수 있습니다. -온도 단계 다이어그램. Ge를 Si로 대체하면 단위 셀이 압축되어 자기 교환 상호 작용에 영향을 줍니다. 특히, LaMn2(Ge1-xSix)2의 자기 구조는 인접한 Mn 층 사이의 거리와 관련된 단위 셀 매개변수 c에 의해 크게 영향을 받습니다. 상응하는 반강자성 층과 경사진 강자성 구조가 고용체의 Si가 풍부한 부분을 지배하는 반면, Si가 부족한 부분에서는 부적합한 반강자성 평면 나선형과 원추형 자기 구조가 관찰됩니다.

AM2X2(A = 알칼리, 알칼리 토류 또는 희토류 원소, M = 전이 금속, X = 주족 원소) 계열의 화합물에 속하는 물질은 자성, 초전도성, 무거운 페르미온, 양자 임계점 및 Kondo 거동1,2,3,4. 그 구성원은 A, M 및 X 원자가 각각 2a, 4d 및 4e 결정학적 위치를 차지하는 ThCr2Si2 유형 구조(공간 그룹 I4/mmm)에서 우선적으로 결정화됩니다. 이 원자 배열은 세 가지 요소 각각이 AXMXA 순서로 결정학적 c 축을 따라 쌓인 정사각형 그물을 형성하도록 유도합니다(그림 1 참조). 구조는 또한 서로 교대로 방향을 갖는 가장자리 공유 XM4 정사각형 피라미드의 층으로 구성되는 것으로 설명될 수 있습니다. A 원자의 정사각형 그물. 세 번째 구조 설명은 A 금속의 정사각형 그물과 번갈아 가며 모서리를 공유하는 MX4 사면체의 레이어입니다. 후자의 두 결정 구조 설명에 대한 그림은 보충 그림 S1에서 찾을 수 있습니다.

LaMn2(Ge1-xSix)2의 결정 구조: La(녹색), Mn(진한 파란색), Si/Ge(청록색).

망간 규화물과 게르마나이드의 하위 그룹인 REMn2X2(RE = 희토류 금속, X = Si, Ge)는 흥미로운 물리적 특성으로 인해 특히 주목을 받았습니다. 거대 자기 저항(GMR)은 REMn2Ge2(RE = La, Sm)5,6,7에서 관찰되었으며, REMn2Si2(RE = Ho, Er, Tb)8,9,10 및 REMn2Ge2(RE = Ce, Tb)11에서는 자기열량 거동이 관찰되었습니다. ,12 및 REMn2Ge2(RE = Ce, Pr, Nd)13의 스카이미온 기포. 최근 LaMn2Ge2는 토폴로지 홀 효과(THE)14를 입증하는 것으로 나타났습니다.

REMn2X2 물질이 나타내는 광범위한 거동은 이 원자 배열에서 실현될 수 있는 공선 및 비공선 자기 상태의 풍부한 다양성과 관련이 있습니다. ,25,26. 이 유형의 모든 화합물에 대해 300~714K 사이의 자기 정렬 온도가 관찰되었으며, 그 중 다수는 자기 접지 상태에 도달하기 전에 냉각 시 여러 번의 자기 전이를 겪습니다. REMn2X2를 기반으로 한 다양한 고용체에 대한 이전 연구에서는 Mn-Mn 거리가 다양한 자기 구조 형성에 중요한 역할을 한다는 것을 보여주었습니다. 평면 내 가장 가까운 이웃 Mn-Mn 거리 dintra < 2.84 Å에서 Mn 층 내의 자기 모멘트는 강자성 평면 외부 배열로 정렬되는 반면 인접한 사각형 그물은 반 강자성으로 결합됩니다. dintra가 2.84Å의 임계 거리를 초과하면 강자성 평면 외부 배열에서 반강자성 평면 내부 배열로의 전환이 발생합니다. 동시에, 평면 사이의 결합은 반강자성 상태로 유지됩니다. dintra > 2.87 Å로 추가 증가하면 층 내 배열은 변경되지 않지만 층간 결합은 반강자성에서 강자성으로 진화하는 두 번째 전이가 발생합니다.