Электронные и магнитные свойства фазы железа ε-Fe при высоких давлениях до 241 ГПа в области температур 4-300 К

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Магнитное и электронные состояния железа в гексагональной плотноупакованной ε-Fe фазе исследованы методом синхротронной мессбауэровской спектроскопии на ядрах Fe-57 (методика NFS - nuclear forward scattering или ядерное рассеяние вперед). Измерения выполнены при высоких давлениях P ≈ 55-241 ГПа в диапазоне температур T от 4 до 300 К, а также во внешних магнитных полях до 5 Тл. Установлено, что во всей P -T области атомы Fe находятся в немагнитном состоянии. Предполагаемая теорией магнитная неустойчивость и квантовые спиновые флуктуации, которые могут быть стабилизированы магнитным возмущением (например, внешним магнитным полем) не подтверждается нашимиизмерениями NFS спектров во внешнем магнитном поле. Установлено, что зависимость изомерного сдвига от давления IS(P ) носит нелинейный характер, и при максимальном давлении 241 ГПа значение IS достигает колоссальной величины ≈ - 0.8 мм/с, указывая на очень высокую электронную плотность на ядре железа. Резкое изменение электронной плотности на ядре железа при температурах 100-200 К указывает на фазовый переход с изменением электронной структуры, что может быть связано с резкимувеличением проводимости или даже с возникновением сверхпроводимости.

Об авторах

А. Г Гаврилюк

Институт ядерных исследований РАН; Федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” РАН; Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, г. Троицк, Москва, Россия; 119333, г. Москва, Россия; 236041, г. Калининград, Россия

В. В Стружкин

Центр перспективных исследований науки и техники высокого давления (HPSTAR)

Email: gavriliuk@mail.ru
Пудун, 201203, Шанхай, Китайская Народная Республика

С. Н Аксенов

Институт ядерных исследований РАН

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, г. Троицк, Москва, Россия

А. А Миронович

Институт ядерных исследований РАН

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, г. Троицк, Москва, Россия

И. А Троян

Институт ядерных исследований РАН;Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, г. Троицк, Москва, Россия; 236041, г. Калининград, Россия

А. Г Иванова

Институт ядерных исследований РАН; Федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” РАН

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, г. Троицк, Москва, Россия; 119333, г. Москва, Россия

И. С Любутин

Федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: gavriliuk@mail.ru
119333, г. Москва, Россия

Список литературы

  1. I. S. Lyubutin and A. G. Gavriliuk, Phys.-Uspekhi 52, 989 (2009).
  2. S. G. Ovchinnikov, JETP Lett. 94, 192 (2011).
  3. S. G. Ovchinnikov, T. M. Ovchinnikova, P. G. Dyad'kov, V. V. Plotkin, and K. D. Litasov, JETP Lett. 96, 129 (2012).
  4. S. N. Aksenov, A. A. Mironovich, I. S. Lyubutin, A. G. Ivanova, I. A. Troyan, R. A. Sadykov, Siddharth S. Saxena (Montu), and A. G. Gavriliuk, JETP Lett. 114, 742 (2021).
  5. R. Boehler, Rev. Geophys. 38, 221 (2000).
  6. D. N. Sagatova, P. N. Gavryushkin, N. E. Sagatov, I. V. Medrish, and K. D. Litasov, JETP Lett. 111, 145 (2020).
  7. A. G. Kvashnin, I. A. Kruglov, D. V. Semenok, and A. R. Oganov, J. Phys. Chem. C 122, 4731 (2018).
  8. A. G. Gavriliuk, V. V. Struzhkin, S. N. Aksenov, A. G. Ivanova, A. A. Mironovich, I. A. Troyan, and I. S. Lyubutin, JETP Lett. 116 (2022), в печати.
  9. I. A. Troyan, D. V. Semenok, A. G. Ivanova, A. G. Kvashnin, D. Zhou, A. V. Sadakov, O. A. Sobolevskiy, V. M. Pudalov, I. S. Lyubutin, and A. R. Oganov, Phys.-Uspekhi 65, 748 (2022).
  10. K. Shimizu, T. Kimura, S. Furomoto, K. Takeda, K. Kontani, Y. Onuki, and K. Amaya, Nature 412, 316 (2001).
  11. E. R. Jette and F. Foote, J. Chem. Phys. 3, 605 (1935).
  12. Z. S. Basinski, W. Hume-Rothery, and A. L. Sutton, Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences 229, 459 (1955).
  13. R. W. G. Wycko, Crystal Structures, 2 ed., Interscience Publishers, N.Y. (1963).
  14. I. Leonov, A. I. Poteryaev, V. I. Anisimov, and D. Vollhardt, Phys. Rev. Lett. 106, 106405 (2011).
  15. J. B. Goodenough, Magnetism and the chemical bond, Interscience publishers, a division of John Wiley & Sons, N.Y.-London (1963).
  16. V. Y. Irkhin, M. I. Katsnelson, and A. V. Tre lov, J. Phys.: Condens. Matter 5, 8763 (1993).
  17. N. V. Barge and R. Boehler, High Pressure Research 6, 133 (1990).
  18. R. Boehler, N. von Bargen, and A. Chopelas, J. Geophys. Res. 95, 21731 (1990).
  19. H.-K. Mao, W. A. Bassett, and T. Takahashi, J. Appl. Phys. 38, 272 (1967).
  20. H. K. Mao, Y. Wu, L. C. Chen, J. F. Shu, and A. P. Jephcoat, J. Geophys. Res. 95, 21737 (1990).
  21. G. Cort, R. D. Taylor, and J. O. Willis, J. Appl. Phys. 53, 2064 (1982).
  22. R. D. Taylor, M. P. Pasternak, and R. Jeanloz, J. Appl. Phys. 69, 6126 (1991).
  23. G. Steinle-Neumann, L. Stixrude, and R. E. Cohen, Phys. Rev. B 60, 791 (1999).
  24. G. Steinle-Neumann, R. E. Cohen, and L. Stixrude, J. Phys. Condens. Matter 16, S1109 (2004).
  25. A. B. Papandrew, M. S. Lucas, R. Stevens, I. Halevy, B. Fultz, M. Y. Hu, P. Chow, R. E. Cohen, and M. Somayazulu, Phys. Rev. Lett. 97, 087202 (2006).
  26. R. Liz'arraga, Nordstr¨om, O. Eriksson, and J. Wills, Phys. Rev. B 78, 064410 (2008).
  27. V. Thakor, J. B. Staunton, J. Poulter, S. Ostanin, B. Ginatempo, and E. Bruno, Phys. Rev. B 67, 180405(R) (2003).
  28. I. I. Mazin, D. A. Papaconstantopoulos, and M. J. Mehl, Phys. Rev. B 65, 100511(R) (2002).
  29. K. Glazyrin, L. V. Pourovskii, L. Dubrovinsky et al. (Collaboration), Phys. Rev. Lett. 110, 117206 (2013).
  30. A. G. Gavriliuk, A. A. Mironovich, and V. V. Struzhkin, Rev. Sci. Instrum. 80, 043906 (2009).
  31. Y. Akahama and H. Kawamura, J. Appl. Phys. 100, 043516 (2006).
  32. Y. V. Shvyd'ko, Phys. Rev. B 59, 9132 (1999).
  33. R.Ru¨ er, C. R. Physique 9, 595 (2008).
  34. Y. V. Shvyd'ko, Hyper ne Interactions 125, 173 (2000).
  35. R. E. Watson and A. J. Freeman, Phys. Rev. 123, 2027 (1961).
  36. A. A. Maradudin, P. A. Flinn, and S. L.Ruby, Phys. Rev. 126, 9 (1962).
  37. L. R. Walker, G. K. Wertheim, and V.Jaccarino, Phys. Rev. Lett. 6, 98 (1961).
  38. J. B. Goodenough, Phys. Rev. 120, 67 (1960).
  39. J. B. Goodenough, A. Wold, and R. J. Arnott, J. Appl. Phys. 31, S342 (1960).
  40. A. G. Petukhov, I. I. Mazin, L. Chioncel, and A. I. Lichtenstein, Phys. Rev. B 67, 153106 (2003).
  41. G. C. Fletcher and R. P. Addis, J. Phys. F: Met. Phys. 4, 1951 (1974).
  42. R. E. Cohen and S. Mukherjee, Phys. Earth Planet.Inter. 143-144, 445 (2004).
  43. J. Goniakowski and M. Podg'orny, Phys. Rev. B 44, 12348 (1991).
  44. H. Ohno and M. Mekata, J. Phys. Soc. Jpn. 31, 102 (1971).
  45. H. Ohno, J. Phys. Soc. Jpn. 31, 92 (1971).
  46. G. Steinle-Neumann, L. Stixrude, and R. E. Cohen, PNAS 101, 33 (2004).
  47. L. Stixrude, R. E. Cohen, and D. J. Singh, Phys. Rev. B 50, 6442 (1994).
  48. I. Troyan, A. Gavriliuk, R.Ru¨ er, A. Chumakov, A. Mironovich, I. Lyubutin, D. Perekalin, A. P. Drozdov, and M. I. Eremets, Science 351, 1303 (2016).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023