Effect of rare-earth element doping on Fe–Ga alloys properties: ab initio and Monte Carlo modelling

В данной работе изучено влияние малой добавки атомов редкоземельных элементов на структурные, магнитные и магнитомеханические свойства сплавов Fe$_{80,47}$Ga$_{18,75}$РЗМ$_{0,78}$ (РЗМ = Tb, Pr, Er) в фазе D0$_3$ в рамках теории функционала плотности и метода Монте-Карло. Геометрическая оптимизация кристаллической решетки, выполненная на 128-атомной суперячейке, показала, что один РЗМ атом замещения приводит к увеличению объема на атом ячейки на $\approx 1$%. Показано, что сплавы Fe$_{80,47}$Ga$_{18,75}$РЗМ$_{0,78}$ механически стабильны, однако наблюдается значительное уменьшение ${C}'$. Добавка атомов РЗМ оказывает существенное влияние на магнитную анизотропию сплава и изменяет направление легкой оси с $\left[001\right]$ на $\left[111\right]$ по сравнению с Fe$_{81,25}$Ga$_{18,75}$. Наибольшее значение тетрагональной магнитострикции $\lambda_{001}\approx-179\times 10^{-6}$ найдено в сплаве Fe$_{80,47}$Ga$_{18,75}$Tb$_{0,78}$. Расчетное значение температуры Кюри в композициях с содержанием РЗМ меньше на величину $\approx 200$ К в сравнении с Fe$_{81,25}$Ga$_{18,75}$ и наименьшее значение найдено в сплаве Fe$_{80,47}$Ga$_{18,75}$Er$_{0,78}$. Такое поведение обусловлено наличием антиферромагнитных обменных взаимодействий между атомами Er и Fe в первой и второй координационных сферах.