Электронная структура и фазовые переходы в геликоидальных ферромагнетиках MnSi и Fe1-xCoxSi

В докладе приводятся результаты развитой спин-флуктуационной теории фазовых переходов в геликоидальных ферромагнетиках с взаимодействием Дзялошинского-Мории. На примере MnSi и Fe_1-xCo_xSi рассматривается роль электронной структуры в формировании мод спиновых флуктуаций. Подчеркивается, что основная особенность электронных состояний связана с расположением уровня Ферми вблизи локального минимума и острых пиков плотности d-состояний. В этих условиях возникает смена знака параметра взаимодействия спиновых флуктуаций, что приводит к термодинамической неустойчивости ферромагнетизма и к формированию геликоидального ближнего порядка с флуктуациями осей спиновых спиралей.

В MnSi уровень Ферми лежит в сильно вырожденной энергетической зоне t_2g, e_g–состояний, с сильным хаббардовским и гундовским взаимодействиями. В основном состоянии возникают значительные нулевые спиновые флуктуации, амплитуда которых скачкообразно исчезает вблизи температуры Тс (кроссовер квантового и термодинамического фазового перехода). При этом возникают аномальные максимумы магнитной восприимчивости (X) и теплоемкости (С), а в области ближнего порядка на зависимости C(T) возникает «плечо».

Уровень Ферми Fe_1-xCo_xSi расположен в невырожденной энергетической t₀-зоне с сильным хаббардовским взаимодействием. Нулевыми спиновыми флуктуациями на фоне флуктуаций кулоновских потенциалов на узле занятом железом или кобальтом, можно пренебречь. Вблизи Тс возникает максимум X(T), а аномалии на C(T) отсутствуют.

Показано наличие значительного магнитного вклада в тепловое расширение, который воспроизводит экспериментально наблюдаемые особенности как для MnSi, так и Fe_1-xCo_xSi. Вычисленные в рамках термодинамической модели Дебая-Эйнштейна решеточные вклады в теплоемкость и коэффициент теплового расширения указывают на значительный решеточный ангармонизм, учет которого важен для количественного согласия с экспериментом. Однако природа возникновения решеточного ангармонизма требует отдельного изучения.