Magnetic Properties and Electronic Structure of Half-Heusler Alloys FeRhSb_1-xZ_x (Z = P, As, Sn, Si, Ge, Ga, In, Al)

Первопринципными методами исследованы электронная структура и магнитные свойства сплавов FeRhSb_1-xZ_x (x = 0, 0,25, 0,5, 0,75, 1) где Z = P, As, Sn, Si, Ge, Ga, In, Al. Для всех соединений рассмотрены три кубические фазы с различным расположением атомов (alpha, beta и gamma). Показано, что beta фаза энергетически выгодна для сплавов FeRhSb_1-xP_x(x = 0,75, 1), FeRhAs и FeRhSi. Для остальных 29 сплавов энергетически выгодна gamma фаза. Значения равновесных параметров решетки и магнитных моментов тройных сплавов хорошо согласуются с литературными данными, полученными из других теоретических исследований. Получено, что ряд сплавов является полуметаллическими ферромагнитиками: FeRhSb_0,25Sn_0,75, FeRhGe, FeRhSn и FeRhSb_0,5Al_0,5. Было показано, что замена элемента Z на другой sp элемент позволяет получить новые четырехкомпонентные сплавы, демонстрирующие 100 % спиновую поляризацию.

Ключевые слова

сплавы Гейслера; плотность электронных состояний; полуметаллические ферромагнитики; теория функционала плотности.

Литература

1. Sootsman J.R., Duck Young Chung, Kanatzidis M.G. New and Old Concepts in Thermoelectric Materials. Angewandte Chemie International Edition, 2009, vol. 48, no. 46, pp. 8616-8639. DOI: 10.1002/anie.200900598
2. Sakurada S., Shutoh N. Effect of Ti Substitution on the Thermoelectric Properties of (Zr,Hf) NiSn Half-Heusler Compounds. Applied Physics Letters, 2005, vol. 86, no. 6, article ID: 082105, 3 p. DOI: 10.1063/1.1868063
3. Kimura Y., Tamura Y., Kita T. Thermoelectric Properties of Directionally Solidified Half-Heusler Compound NbCoSn Alloys. Applied Physics Letters, 2008, vol. 92, no. 1, article ID: 012105, 3 p. DOI: 10.1063/1.2828713
4. Kuble J. Curie Temperatures of Zinc-Blende Half-Metallic Ferromagnets. Physical Review B, 2003, vol. 67, no. 22, article ID: 220403, 4 p. DOI: 10.1103/PhysRevB.67.220403
5. Ma Jianhua, Hegde V.I., Munira K., Xie Yunkun, Keshavarz S., Mildebrath D.T., Wolverton C., Ghosh A.W., Butler W.H. Computational Investigation of Half-Heusler Compounds for Spintronics Applications. Physical Review B, 2017, vol. 95, article ID: 024411, 25 p. DOI:10.1103/PhysRevB.95.024411
6. De Groot R. A., MuellerF. M., van Engen P.G., Buschow K.H.J. New Class of Materials: Half-Metallic Ferromagnets. Physics Review Letters, 1983, vol. 50, no. 25, pp. 2024-2027. DOI:10.1103/PhysRevLett.50.2024
7. Bennani M.A., Aziz Z., Terkhi S., Elandaloussi E.H., Bouadjemi B., Chenine D., Benidris M., Youb O., Bentata S. Structural, Electronic, Magnetic, Elastic, Thermodynamic and Thermoelectric Properties of the Half-Heusler RhFeX (with X = Ge, Sn) Compounds. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 2021, vol. 34, no. 1, pp. 211-225. DOI: 10.1007/s10948-020-05677-x
8. Meenakshi R., Srinivasan R.A.S., Amudhavalli A., Rajeswarapalanichamy R., Iyakutti K. Electronic Structure, Magnetic, Optical and Transport Properties of Half-Heusler Alloys RhFeZ(Z=P, As, Sb, Sn, Si, Ge, Ga, In, Al) - a DFT Study. Phase Transitions, 2021, vol. 94, no. 6-8, pp. 415-435. DOI: 10.1080/01411594.2021.1944626
9. Yun Zhang, Xiaojie Xu. Machine Learning Modeling of Lattice Constants for Half-Heusler Alloys. AIP Advances, 2020, vol. 10, no. 4, article ID: 045121, 10 p. DOI: 10.1063/5.0002448
10. Muhammad I., Jian-Min Zhang, Alia A., Rehman M.U., Muhammad S. Structural, Mechanical, Thermal, Magnetic, and Electronic Properties of the RhMnSb Half-Heusler Alloy Under Pressure. Materials Chemistry and Physics, 2020, vol. 251, article ID: 123110, 9 p. DOI:10.1016/j.matchemphys.2020.123110
11. Pavlukhina O.O., Sokolovskiy V.V., Buchelnikov V.D. Segregation Tendency and Properties of FeRh_1-xPt_x Alloys. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2022, vol. 556, no. 6, article ID: 169403, 9 p. DOI:10.1016/j.jmmm.2022.169403
12. Pavlukhina O.O., Sokolovskiy V.V., Zagrebin M.A., Buchelnikov V.D. Modeling of the Structural and Magnetic Properties of Fe-Rh-(Z) Z=(Mn, Pt) Alloys by First Principles Methods. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2019, vol. 470, pp. 69-72. DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.11.052
13. Kresse G., Furthmuller J. Efficient Iterative Schemes for ab Initio Total-Energy Calculations using a Plane-Wave Basis Set. Physical Review B, 1996, vol. 54, no. 16, pp. 11169-11186. DOI: 10.1103/PhysRevB.54.11169
14. Kresse G., Joubert D. From Ultrasoft Pseudopotentials to the Projector Augmented-Wave Method. Physical Review B, 1999, vol. 59, no. 3, pp. 1758-1775. DOI: 10.1103/PhysRevB.59.1758
15. Perdew J., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple. Physics Review Letters, 1996, vol. 77, no. 18, pp. 3865-3868. DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.3865
16. Ahmad R., Gul A., Mehmood N. Artificial Neural Networks and Vector Regression Models for Prediction of Lattice Constants of Half-Heusler Compounds. Materials Research Express, 2019, vol. 6, no. 4, article ID: 046517, 14 p. DOI:10.1088/2053-1591/aafa9f