Gabriela Cabeza
Estudio teórico de las propiedades físicas de la aleación FeRh: la transición antiferromagnética a ferromagnética
Gabriela F. Cabeza*a, M. Julia Jiméneza
aGrupo de Materiales y Sistemas Catalíticos, Departamento de Física (Universidad Nacional del Sur) – Instituto de Física del Sur (IFISUR) - CONICET-UNS, Av. Alem 1253. Bahía Blanca, Argentina.
El continuo avance de la tecnología hace necesario el desarrollo de materiales capaces de adaptarse a requisitos cada vez más específicos. En particular, para los materiales utilizados en tecnología de la información, es de suma importancia la completa caracterización química, estructural, electrónica, magnética y termodinámica para la viabilidad de controlar y manipular sus propiedades magnéticas. Especialmente, la aleación equiatómica FeRh ha sido estudiada en 1938 por Fallot [1] quien descubrió su remarcable transición de fase desde un estado antiferromagnético (AFM) a un estado ferromagnético (FM) a medida que la temperatura se incrementaba con valores cercanos a la temperatura ambiente. A partir del diagrama de fase diferentes autores reportaron que la aleación cristaliza en un sistema cúbico tipo B2 con estructura CsCl para ambas fases [2,3]. Sin embargo, recientemente se han publicado trabajos donde se observan otras estructuras estables [4,5].
Aunque el sistema FeRh se ha estudiado en el pasado, el origen de la transición de fase magnética y el valor del momento magnético de los átomos de Rh en la aleación sigue siendo un tema de debate. Es por esta razón que es necesario un estudio teórico detallado de las propiedades estructurales, químicas y físicas, no solo para avanzar en la comprensión del funcionamiento de estos sistemas, sino también para proponer nuevos sistemas con propiedades similares.
En este trabajo presentamos los resultados obtenidos de modelar ambas fases magnéticas de la aleación FeRh empleando el código VASP [6] enmarcado en la teoría de la Funcional Densidad (DFT). Simulaciones empleando dinámica molecular Ab initio permitieron corroborar la existencia de varias estructuras metaestables con diferentes propiedades estructurales y físicas. Las propiedades térmicas fueron calculadas usando el código Phonopy [7] y la teoría semiclásica de Boltzmann ha sido usada para estimar las propiedades de transporte termoeléctricas implementadas en el código BoltzTraP2 [8].
[1] Fallot M., Les alliages du fer avec les métaux de la famille du platine, Ann. Phys. 1938, 10, 291–332. DOI:10.1051/anphys/193811100291.
[2] Swartzendruber L.J., The Fe-Rh System, Bull. Alloy Phase Diagrams. 1986, 5, 456–462
[3] Okamoto H., Fe-Rh, J. Phase Equilibria Diffus. 2011, 32, 472. DOI:10.1007/s11669-011-9934-6.
[4] Kim J., Ramesh R., Kioussis N., Revealing the hidden structural phases of FeRh, Phys. Rev. B. 2016, 94 1–5. DOI:10.1103/PhysRevB.94.180407
[5] Zarkevich N.A., Johnson D.D., FeRh ground state and martensitic transformation, Phys. Rev. B. 2018, 97, 1–5. DOI:10.1103/PhysRevB.97.014202
[6] Kresse G., Hafner J., Ab initio molecular dynamcis for liquid metals, Phys. Rev. B. 1993, 47, 558. https://journals.aps.org/prb/pdf/10.1103/PhysRevB.47.558.
[7] Togo A., Oba F., Tanaka I., First-principles calculations of the ferroelastic transition between rutile-type and CaCl2-type SiO2 at high pressures, Phys. Rev. B. 2008, 78, 134106. DOI:10.1103/PhysRevB.78.134106.
[8] Madsen G.K.H.H., Carrete J., Verstraete M.J., BoltzTraP2, a program for interpolating band structures and calculating semi-classical transport coefficients, Comput. Phys. Commun. 2018, 231, 140–145. DOI:10.1016/j.cpc.2018.05.010