Анизотропия типа «легкая плоскость» в слоистом соединении GdMn2Si2 с магнитокристаллической анизотропией типа «легкая ось»

П.Б. Терентьев^1,2, Е.Г. Герасимов^1,2, Н.В. Мушников^1,2, А.Ф. Губкин^1,2, H.E. Fischer³, Д.И. Горбунов⁴, В.С. Гавико^1,2

Исследованы магнитные свойства монокристалла GdMn₂Si₂ в сильных магнитных полях. Определена температурная эволюция магнитной структуры GdMn₂Si₂ при помощи порошковой нейтронографии на уникальном дифрактометре D4, предназначенном для исследования материалов с высоким сечением захвата нейтронов. Полученные результаты непосредственно свидетельствуют о формировании в GdMn₂Si₂ необычной неколлинеарной магнитной структуры с анизотропией типа «легкая плоскость» при температуре ниже температуры магнитного упорядочения подрешетки Gd T_Gd < 52 K. Выше T_Gd наблюдается одноосная магнитная анизотропия антиферромагнитно упорядоченной подрешетки Mn. Произведено моделирование процессов намагничивания с помощью модели Яффета-Киттеля, которое позволило спрогнозировать индуцированные магнитным полем магнитные фазовые переходы при намагничивании вплоть до насыщения. Необычное магнитное упорядочение в GdMn₂Si₂ связано с возникновением фрустрированного магнитного состояния слоев атомов Gd, находящихся между двумя антиферромагнитно связанными слоями Mn.

Рис. 1. Нейтронограмма (символы), ритвельдовский анализ (линии) соединения GdMn₂Si₂ при 10 K и схематическое изображение магнитной структуры.

1. Exchange-induced spin reorientation in La_1-xGd_xMn₂Si₂ / E.G. Gerasimov, P.B. Terentev, N.V. Mushnikov, V.S. Gaviko // Journal of Alloys and Compounds. — 2018. — V. 769. — P. 1096—1101.
2. Easy-plane magnetic anisotropy in layered GdMn₂Si₂ compound with easy-axis magnetocrystalline anisotropy / E.G. Gerasimov, P.B. Terentev, A.F. Gubkin, H.E. Fischer, D.I. Gorbunov, N.V. Mushnikov // Journal of Alloys and Compounds. — 2020. — V. 818. — P. 152902—152907.