Fyzikální vlastnosti slitiny CuMnAs - materiálu nastupující antiferomagnetické spintroniky

CuMnAs je intenzivně studovaný antiferomagnetický materiál s možnými aplikacemi v blízké budoucnosti ve spintronice. Heuslerovy slitiny CuMnX (X=Sb, As, P) nelze připravit jako monokrystaly bez defektů a je obtížné určit přesnou stechiometrii připravených vzorků standardní analýzou rentgenových spekter díky velmi podobným rozptylovým vlastnostem atomů Cu a Mn. Též spolehlivá analýza neutronových difrakčních spekter reálných vzorků není k dispozici. Vytypování nejpravděpodobnějších defektů a odhad jejich koncentrace je ale možný na základě porovnání výsledků počítačových simulací transportních charakteristik s naměřenými hodnotami.
V našich pracích jsme se zaměřili na vyšetřování role defektů v antiferomagnetické tetragonální slitině CuMnAs [1] a v jednodušší kubické Heuslerově slitině CuMnSb [2]. Na základě výpočtů z prvních principů jsme zjistili, že atomy Mn na místech Cu a Cu atomy v polohách Mn, stejně jako chybějící atomy na Mn- a Cu-podmřížích, jsou nejpravděpodobnější defekty v těchto materiálech. Tyto defekty hrají významnou roli pro systémovou stabilitu CuMnSb. Antiferomagnetický základní stav CuMnSb je stabilizován výskytem 3% těchto poruch. Pro stabilitu tetragonální slitiny CuMnAs je ale vliv takovýchto poruch menší.
Provedli jsme též výpočet transportních veličin pro systém CuMnAs obsahující nejčastější stechiometrické poruchy (defekty se zjištěnou nízkou formační energií). Naše numerické simulace podélné resistivity CuMnAs velmi dobře souhlasí s experimentálními daty pro koncentrace 3,5-5% manganových atomů na místě měděných, daleko vyšší koncentrace by byly třeba pro poruchy, kdy se na místě atomu Mn vyskytuje Cu resp. Mn chybí. S využitím výpočtů metodou Monte Carlo jsme též určili N´eelovu teplotu pro systém CuMnAs, která velmi dobře souhlasí s pozorovanou hodnotou.

Elementární buňka tetragonální fáze CuMnAs. Šipky označují orientaci magnetických momentů v antiferomagnetické slitině.

[1] F. Máca, J. Kudrnovský, V. Drchal, K. Carva, P. Baláž, and I. Turek, Phys. Rev. B 96 (2017) 094406.
[2] F. Máca, J. Kudrnovský, V. Drchal, I. Turek, O. Stelmakhovych, P. Beran, A. Llobet and X. Marti, Phys. Rev. B 94(2016) 094407.