Объемная магнитострикция сплавов Fe-Ga: расчет из первых принципов

Abstract

Представлены исследования магнитных и магнитоупругих свойств кристаллических структур A2 и D0₃ сплавов Fe₁₀₀₋ₓGaₓ (x = 18 – 22 ат.%), выполненные при помощи теории функционала плотности. Расчеты выполнены при помощи программного пакета SPR-KKR. Рассчитаны обменные интегралы, значения объемной магнитоупругой постоянной B₀ и объемной магнитострикции ΔV/V. Полученная зависимость констант магнитного обменного взаимодействия от параметра кристаллической решетки является убывающей функцией как для структуры A2 так и для D0₃. Показано, что ферромагнитное взаимодействие между атомами железа в первой координационной сфере усиливается с ростом концентрации Ga в полно- стью неупорядоченной фазе A2, в то время как в упорядоченной кристаллической структуры D0₃ данное взаимодействие ослабляется. Рассчитанные величины ΔV/V для различных композиций сплавов Fe₁₀₀₋ₓGaₓ лежат в области отрицательных значений. Зависимость объемной магнитострикции от содержания Ga является возрастающей функцией для структуры A2 и убывающей ΔV/V для фазы D0₃. Характер зависимости объемной магнитострикции от концентрации Ga структуры A2 согласуется с экспериментальными данными и с результатами, полученными для соединений на основе Ni. In this paper, with the help of the density functional theory, the magnetic and magnetoelastic properties of the crystal structures A2 and D0₃ of Fe₁₀₀₋ₓGaₓ alloys (x = 18–22 at.%) have been studied. The calculations were performed using the SPR-KKR software package. The exchange integrals, the values of the volume magnetoelastic constant B₀, and the volume magnetostriction ΔV/V have been calculated. The obtained dependence of the exchange interaction constants on the crystal lattice parameter is a decreasing function for both A2 and D0₃ structures. It has been shown that the ferromagnetic interaction between iron atoms in the first coordination sphere increases with increasing Ga concentration in the fully disordered A2 phase, while this interaction weakens in the ordered crystal structure D0₃. The obtained values of ΔV/V for various compositions of Fe₁₀₀₋ₓGaₓ alloys are negative. It is shown that an increase in the Ga content leads to an increase in volume magnetostriction for the A2 structure and a decrease in ΔV/V for the D0₃ phase. The character of the volume magnetostriction dependence on the concentration of Ga for structure A2 is consistent with the experimental data and with the results obtained for compounds based on Ni.