Étude ab-initio du ferromagnétisme dans les alliages Heusler à base du cobalt et du manganèse.

Abstract

الملخص (بالعربية) : في الجزء الأول من دراستنا، نقدم الخصائص الهيكلية والإلكترونية والمغناطيسية المحسوبة لخليط Heusler (Ni1-xCox)2MnSnباستخدام حسابات ab-initio مع طريقة الموجة المستوية المعززة ذات الإمكانية الكاملة (FP-LAPW) المدمجة في برنامج wien2k، قمنا بتقديم مختلف التركيبات الممكنة لمواقع Ni و Co في الشبكة البلورية (Ni1-xCox)2MnSn. يتم تحديد أدنى تكوين للطاقة المحسوبة استنادًا إلى الثوابت البلورية. حسابات الطاقة والعزم المغناطيسي متفقة بشكل معقول مع البيانات التجريبية المتوفرة. وجدنا أنه يمكن تفسير تغير العزم المغناطيسي الكلي كتغير خطي للحظة المغناطيسية لذرات المنغنيز(Mn) والكوبالت (Co) . في الجزء الثاني من دراستنا تم تطبيق هذه الطريقة أيضًا لتحقق من الخصائص الهيكلية و الإلكترونية و المغناطيسية ل’ـ Co2MnGa1-xSnx (1،0.75، 0.5 ،0.25x=). وجدنا أن هذه المركبات ذات طبيعة نصف معدنية مغنا طيسية. إن المعلمات الشبكية المحسوبة لهذه السبائك متوافقة بشكل معقول مع البيانات التجريبية والنظرية الأخرى المتاحة. لاحظنا أن معلمات الشبكة المحسوبة ، ممغنطسة التشبع وقيم استقطاب السبين (spin) للسبائك لـ’ Co2MnGa1-xSnx تزيد مع زيادة تركيز Sn في الشبكة. ومع ذلك يحدث العكس من حيث معامل الحجم ، والتي تتناقص مع زيادة تركيز Sn في الشبكة. هذه المجموعة من المعادن المغناطيسية نصف معدنية لديها درجة حرارة عالية نسبيا ويمكن أن تنتج تيارًا بنسبة 100٪ تقريبًا كما هو موضح ل’ Co2MnSn. ويمكن تطبيقه كحقن دوراني محتمله لذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسي (MRAM). يوفر هذا التحليل النظري مزيدًا من التبصر في تطبيق السبائك القائمة على Co2MnGa1-xSnx باعتبارها مادة ل’ سبينترونيك. الكلمات الرئيسية: سبائك هاسلر المغناطيسية. مخططات تركيب النطاق الإلكتروني. نظرية الدالة الوظيفية للكثافة

----------------------------------------- Résumé (en Français) : Dans la première partie de cette étude, nous présentons les propriétés structurales, électroniques et magnétiques de l’alliage quaternaire (Ni1-xCox)2MnSn. En utilisant la méthode des ondes planes augmentées linéarisées à potentiel total (Full potential Linearized Augmented Plane Waves : FP-LAPW), nous avons évalué toutes les différentes configurations possibles des sites Ni et Co dans le réseau cristallographique (Ni1-xCox)2MnSn. La configuration atomique la plus stable est déterminée en fonction des considérations énergétiques. Les paramètres calculés, à savoir le paramètre de maille et les moments magnétiques sont en accord raisonnable avec les données expérimentales disponibles. Il est intéressant de noter que le changement de moment magnétique total peut être interprété comme une variation linéaire du moment magnétique des atomes du manganèse et du cobalt. Dans la deuxième partie, cette méthode a été aussi appliquée pour étudier les propriétés structurales, électroniques et magnétiques de l’alliage Co2MnGa1-xSnx (où x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 et 1). Nous avons trouvé que ces composés sont de nature demi-métallique avec un état fondamental ferromagnétique. Les paramètres de réseau calculés pour ces alliages sont en bon accord avec les données expérimentales disponibles et d'autres données théoriques. Nous avons trouvé que les paramètres du réseau calculé, la magnétisation de saturation et les valeurs de polarisation de spin de Co2MnGa1-xSnx augmentent avec l'augmentation de la concentration de Sn. Cependant, l'inverse se produit en termes de module de compressibilité, qui diminue avec l'augmentation de la concentration de Sn. Ce groupe des alliages ferromagnétiques demi-métalliques a une température de Curie relativement élevée et peut produire un courant de polarisation de spin jusqu’au près de 100% comme il a été démontré pour l’alliage Co2MnSn. Ces alliages peuvent être appliqués en tant qu'injecteurs de spin pour la mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM). Cette étude théorique fournit un aperçu supplémentaire de l'application d'alliage à base de Co2MnGa1-xSnx comme des matériaux en spintronique. Les mots clés: Les alliages Heusler; Magnétisme; Structure de bande électronique; La théorie fonctionnelle de la densité.

------------------------------------------ Abstract (en Anglais) : In the first part of this study, we present the calculated structural, electronic and magnetic properties of mixed Heusler alloys (Ni1-xCox)2MnSn. Using ab-initio calculations with the full-potential augmented plane-wave method (FP-LAPW), we evaluated the various possible configurations of Ni and Co sites in the (Ni1-xCox)2MnSn crystallographic lattice. The lowest atomic configuration is based on energetic considerations. The calculated equilibrium lattice parameters and magnetic moments are in reasonable agreement with available experimental data. Of interest, we found that the change of total magnetic moment can be interpreted as a linear variation of the magnetic moment of manganese and cobalt atoms. In the second part, this method was also applied to investigate the structural, electronic and magnetic properties of Co2MnGa1-xSnx (where x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1). We found that these compounds are half-metallic with ferromagnetic ground state. The calculated lattice parameters for these alloys are in reasonable agreement with available experimental and other theoretical data. We observed that the calculated lattice parameters, the saturation magnetization and the spin polarization values of the Co2MnGa1-xSnx alloys increase with increasing Sn concentration in the lattice. However, the inverse occurs in terms of the bulk modulus and its derivatives is noticed, which decreases with increasing Sn concentration in the lattice. This group of half-metallic ferromagnetic has relatively high Curie temperature and can produce current nearly 100% spin-polarized as demonstrated for Co2MnSn. They can be applied as spin injectors for Magnetic Random Access Memory (MRAM). This theoretical investigation provides further insight into the application of Co2MnGa1-xSnx based alloys as spintronic materials. Keywords: Heusler alloys; Magnetism; Electronic band structure; Density functional theory.