[论文解读] Field induced magnetic transition and metastability in Co substituted $Mn_{2}Sb$

Pallavi Kushwaha, R. Rawat+1 more|ArXiv.org|Jul 6, 2007

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials参考文献 28被引用 48

一句话总结

本研究调查了钴掺杂Mn₂Sb（Mn₁.₈₅Co₀.₁₅Sb）中磁场诱导的一级铁磁性反铁磁性（FRI）到反铁磁性（AFM）转变，揭示了低温下FRI相的异常热磁不可逆性及玻璃样动力学冻结。关键发现为：动力学冻结与过冷/过热不可逆性呈反相关，使得在磁场退火下随温度升高可实现FRI–AFM–FRI的再入转变，确立该体系作为巡游磁体中亚稳相动力学的模型体系。

ABSTRACT

A detailed investigation of first order ferrimagnetic (FRI) to antiferromagnetic (AFM) transition in Co (15%) doped $Mn_2Sb$ is carried out. These measurements demonstrate anomalous thermomagnetic irreversibility and glass-like frozen FRI phase at low temperatures. The irreversibility arising between the supercooling and superheating spinodals is distinguised in an ingenious way from the irreversibility arising due to kinetic arrest. Field annealing measurements shows reentrant FRI-AFM-FRI transition with increasing temperature. These measurements also show that kinetic arrest band and supercooling band are anitcorrelated i.e regions which are kinetically arrested at higher temperature have lower supercooling temperature and vice versa.

研究动机与目标

• 研究钴掺杂Mn₂Sb中一级FRI到AFM转变在低温下的行为，重点关注异常热磁不可逆性。
• 区分FRI相动力学冻结引起的不可逆性与转变附近过冷/过热效应引起的不可逆性。
• 探索通过磁场和热历史调控共存FRI与AFM相分数的可能性。
• 确定动力学冻结带与过冷带在H–T相图中是否相关或反相关。
• 确立Mn₁.₈₅Co₀.₁₅Sb作为研究类钙钛矿氧化物与金属间化合物中亚稳相动力学的模型体系。

提出的方法

• 在3–300 K温度范围内，使用四探针技术在低温恒温器中测量电阻率，施加平行于电流方向的磁场，最高达8 T。
• 采用零场冷却（ZFC）、磁场冷却（FC）和磁场冷却升温（FCW）协议，研究热历史与磁历史的依赖性。
• 在不同温度下获取等温R–H（电阻率与磁场）回线，识别位于包络线之外的原始曲线，表明存在动力学冻结。
• 利用R–T和R–H数据绘制H–T相图，识别共存区域与相界。
• 在不同退火磁场（H_an）下进行磁场退火，随后升温，观察去冻结行为与再入转变。
• 分析自由能图与转变路径，以区分热力学亚稳态（过冷）与动力学冻结。

实验结果

研究问题

• RQ1 钴掺杂Mn₂Sb在低温下观察到的异常热磁不可逆性由何引起？
• RQ2 FRI相的动力学冻结与过冷/过热效应在起源与表现形式上如何不同？
• RQ3 在H–T平面中，动力学冻结带与过冷带之间是否存在相关性或反相关性？
• RQ4 能否通过磁场退火与热循环诱导出FRI–AFM–FRI的再入转变？
• RQ5 通过磁场与热历史，FRI与AFM相的共存分数在多大程度上可被调控？

主要发现

• 该体系在低温下表现出异常热磁不可逆性，原始电阻率曲线位于磁场冷却与零场冷却曲线的包络线之外，表明高温FRI相存在动力学冻结。
• 通过在H_an ≥ 4.5 T下进行磁场退火，证实了FRI相的动力学冻结：升温过程中电阻率曲线在较低温度下趋于合并，表明随磁场减小发生去冻结。
• 在动力学冻结带与过冷带之间观察到明显的反相关性：动力学冻结温度较高的区域，其过冷温度较低，反之亦然。
• 在H_an > 4 T下磁场退火后升温过程中，观察到FRI–AFM–FRI的再入转变，FRI相在更高温度下重新出现，4 T磁场下的电阻率测量结果证实了这一点。
• H–T相图显示存在一个宽广的滞后区域，且在低温下进一步展宽，在约40 K处出现下临界场的浅峰，表明行为非单调。
• 该体系在宽广的温度与磁场范围内表现出可调的FRI与AFM相共存，300 K时的电阻率与磁场无关，证实其体相金属行为。