Designed metal-insulator transition in low-symmetry magnetic intermetallics

金属间化合物 凝聚态物理 材料科学 铁磁性 自旋电子学 铁磁性 顺磁性 静水压力 相变 电子结构 化学稳定性 结晶学 磁化 物理 化学 热力学 磁场 量子力学 复合材料 合金
作者
Prashant Singh,Tyler Del Rose,Yaroslav Mudryk,V. K. Pecharsky,D. D. Johnson
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:109 (6) 被引量:3
标识
DOI:10.1103/physrevb.109.064207
摘要

Compounds exhibiting half-metallic character and metal-insulator transitions draw considerable attention in condensed-matter and materials physics due to their potential use in spintronics. Here we show that specific electron doping plays a crucial role in tailoring thermodynamic, structural, electronic, and magnetic properties of materials derived from low-symmetry magnetic intermetallics, exemplified on triclinic Mn<sub>4</sub>Al<sub>11</sub>. Upon chemical doping of Al by Ge, we predict improved phase stability and adherence to a generalized “18-n rule” governing closed-shell configurations in intermetallic with narrow bandgaps. Validating experiments include measurements of phase stability and electronic transport properties of electron-doped Mn<sub>4</sub>Al<sub>10</sub>Ge that crystallizes in the Mn<sub>4</sub>Al<sub>11</sub>-type structure, confirming the bandgap opening as predicted by chemical analysis and density-functional theory. Here we also demonstrate theoretically that hydrostatic pressure enhances the predicted half-metallic gap in the up-spin channel, which leads to a ferrimagnetic-to-ferromagnetic transition driven by Mn-Mn charge ordering in the Mn<sub>4</sub>Al<sub>11</sub> parent. We have also discussed the generality of our approach in predicting the design of other classes of intermetallics including half and full Heusler compounds.
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