Low-temperature MnBi alloys: electronic and magnetic properties, constitution, morphology and fabrication (Review Article)

Анотація

Розглянуто велику різноманітність фізичних властивостей MnBi, які включають сильну спін-орбітальну взаємодію, аномальну температурну залежність коерцитивної сили та анізотропію магнітокристалічного поля, унікальні магнітооптичні властивості. Розглядаються питання природи електронних властивостей основного стану МnBi, електронна та магнітна структури, поверхня Фермі, магнітокристалічна анізотропія, рентгенівський магнітний дихроїзм. Обговорюються ключові експерименти такі, як оптичні та магнітооптичні вимірювання, вимірювання ефекту де Гааза–ван Альфена (dHvA), фото-емісія рентгенівського випромінювання та спектроскопія рентгенівського поглинання, а також рентгенівський магнітний циркулярний дихроїзм. Встановлено, що спін-орбітальна взаємодія та сильне кулонівське міжелектронне відштовхування мають вирішальне значення для поверхні Фермі, циклотронних мас, магнітооптичних властивостей та рентгенівського магнітного циркулярного дихроїзму. Детально проаналізовано мікроскопічне походження унікальної магнітокристалічної анізотропії та ефекту Керра у MnBi. Гігантський ефект Керра у MnBi викликано комбінацією великого магнітного моменту у марганці, великою спін-орбітальною взаємодією у вісмуті та сильною гібридизацією між марганцевими 3d- та вісмутовими 6p-станами. Магнітооптичними активними станами є в основному 6p-стани Bi. Показано, що залежність магнітокристалічної анізотропії від температури, яка спостерігається, може бути пояснена з урахуванням спін-орбітальної взаємодії разом з сильною кулонівською електрон-електронною взаємодією. Спін-орбітальна взаємодія у Bi та обмінне розщеплення у Mn однаково відповідальні за велику магнітокристалічну анізотропію у MnBi. Обговорено виготовлення, морфологія та склад низькотемпературних сплавів MnBi в об’ємі, тонких плівках та наночастинках. Розглянуто також нанокомпозитні матеріали MnBi з постійними магнітами на основі Co, Fe та Nd₂Fe₁₄B.