Noncollinear magnetism in Mn2RhSn Heusler compound

Abstract

Heusler compounds is a large class of materials, which exhibits diverse fundamental phenomena, together with the possibility of their specific tailoring for various engineering demands. Present work discusses the magnetic noncollinearity in the family of noncentrosymmetric ferrimagnetic Mn2-based Heusler compounds. Based on the obtained experimental and theoretical results, Mn2YZ Heusler family is suspected to provide promising candidates for the formation of the skyrmion lattice. The work is focused on Mn2RhSn bulk polycrystalline sample, which serves as a prototype. It crystallizes in the tetragonal noncentrosymmetric structure (No. 119, I-4m2), which enables the anisotropic Dzyaloshinskii-Moriya (DM) exchange coupling. Additional short-range modulation, induced by the competing nearest and next-nearest interplanes Heisenberg exchange, is suppressed above the 80 K. This allows to develop the long-range modulations in the ideal ferrimagnetic structure within the ab crystallographic planes, and thus, favors to the occurrence of the skyrmion lattice within the temperature range of (80 ≤ T ≤ 270) K. The studies of Mn2RhSn were expandedrnto the broad composition range and continued on thin film samples.

Heusler Verbindungen bezeichnen eine der vielfälltigsten Stoffklassen in der Festkörperchemie. In ihnen befinden sich Systeme mit verschiedenen grundlegenden sowie exotischen physikalischen Eigenschaften. Die Besonderheit der Heusler Verbindungen besteht jedoch in der Anpassungsfähigkeit dieser Eigenschaften. Somit bieten sie Lösungen auf explizite Probleme in den Ingenieurswissenschaften. Diese Arbeit befasst sich mit dem nicht-kollinearen Magnetismus in den nicht-zentrosymmetrischenrnferrimagnetischen manganreichen Heusler Verbindungen. Basierend auf den erhaltenen experimentellen Daten und theoretischen Berechnungen stellenrnwir das System Mn2YZ als vielversprechenden Kandidaten für die Bildung einesrnSkyrmionen-Gitters vor. Die Arbeit konzentriert sich auf polikristalline Mn2RhSn Proben, welche als Prototyp dienen. Sie kristallisieren in einer tetragonalen nichtzentrosymmetrischen Struktur (No. 119, I-4m2), welches den anisotropischen Dzyaloshinskii-Moriya Austausch ermöglicht. Zusätzliche kurz-reichwertige Modulationen, verursacht durch den konkurrierende eisenberg Austausch zwischen nächsten und übernächsten Schichten, werden bei Temperaturen über 80 K unterdrückt. Dies erlaubt die Ausbildung von langreichweitigen Modulationen in der idealen ferrimagnetischenrnStruktur innerhalb der kristallographischen ab-Fläche und bevorzugt somitrndie Bildungen eines Skyrmionen-Gitters in einen Termperaturbereich von (80 ≤rnT ≤ 270) K. Die Untersuchungen an Mn2RhSn wurden auf ein breites Spektrum anrnZusammensetzungen erweitert und diese zusätzlich als Dünnfilme hergestellt.