MnBi의 온도에 따른 자기이방성 전이와 구조적 전이 연구

초록

본 논문은 밀도범함수이론(DFT)을 이용해 저온 상 MnBi의 두 가지 원자배치(MnBi와 BiMn)를 비교 분석한다. MnBi 배치는 0 K 근처에서 실험값과 일치하는 자기모멘트와 음의 자기이방성 에너지를 보이며, BiMn 배치는 300 K 이상에서 양의 자기이방성 에너지와 더 큰 자기모멘트를 나타낸다. 열팽창에 의한 격자 팽창이 MAE를 증가시키지만, 전이 현상 자체는 두 배치 간 구조 전이로 설명될 수 있음을 제시한다.

상세 분석

이 연구는 MnBi의 저온 상(LTP)이 갖는 비정상적인 온도 의존성을 두 가지 서로 다른 원자배치 모델을 통해 해명하려는 시도이다. 첫 번째 모델인 MnBi는 Mn 원자가 2a 자리(원점)에 위치하고 Bi가 2c 자리에 자리잡는 구조이며, 두 번째 모델인 BiMn은 그 반대로 Bi가 2a, Mn이 2c에 위치한다. 두 배치는 공간군 194 P6₃/mmc 내에서 동일한 격자 파라미터를 공유하지만, 원자 환경이 달라 전자구조와 자성 특성이 크게 달라진다.

DFT 계산은 WIEN2k의 전방위 증강 평면파(APW+lo) 방법과 PBE‑GGA 교환‑상관 퍼텐셜을 사용했으며, 25 × 25 × 15 k‑mesh와 10⁻⁹ Ry 수렴 기준을 적용하였다. 스칼라 상대론적 계산 후 SOC를 포함시켜 MAE를 E