Theoretical Simulations of the Structural Stability, Elastic, Electronic, Magnetic and Thermodynamic Properties of New Half-metallic Cr2GdSn1 – xPbx Alloys

Abstract

На основі методу повнопотенціальної лінеарізованої розширеної плоскої хвилі (FP-LAPW) у рамках теорії функціоналу щільності (DFT) досліджено структурні, пружні, електронні, магнітні, термодинамічні та теплові властивості четвертинних сплавів Гейслера Cr2GdSn1 – xPbx з використанням узагальненого градієнтного наближення (GGA). Структурні властивості показують стабільність сплавів Cr2GdSn1 – xPbx у феромагнітній фазі, де оцінюються їх рівноважні структурні параметри (стала решітки a(Å), об'ємний модуль B (ГПа) та його перша похідна від тиску (B')). Константи пружності для кубічної системи (C11, C12 і C44) та анізотропії розраховано для доказу механічної стабільності цих сполук. Результати дослідження електронних властивостей показують, що обидва сплави Cr2GdSn1 – xPbx мають ідеальну напівметалічну природу. Показано, що загальний магнітний момент кубічних сполук Cr2GdSn та Cr2GdPb дорівнює відповідно – 12µB і – 11µB, що підтверджує їх повну напівметалеву поведінку. Квазігармонічна модель Дебая була реалізована в коді Гіббса та використовувалася для прогнозу теплових властивостей сплавів Cr2GdSn1 – xPbx як перспективних матеріалів для пристроїв спінтроніки.

Based on full-potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method within the density functional theory (DFT), the structural, elastic, electronic, magnetic, thermodynamic and thermal properties of quaternary Heusler Cr2GdSn1 – xPbx alloys have been studied under the generalized gradient approximation (GGA). The structural properties show the stability of Cr2GdSn1 – xPbx alloys in the ferromagnetic phase, where their equilibrium structural parameters (lattice constant a(Å), bulk modulus B(GPa) and its first-pressure derivative (B') are evaluated. The elastic constants for the cubic system (C11, C12, and C44) and anisotropy are computed to prove the mechanical stability of these compounds. The electronic results reveal that both Cr2GdSn1 – xPbx alloys have a perfect half-metallic nature. The magnetic properties reveal that the total magnetic moment of cubic Cr2GdSn and Cr2GdPb compounds is equal to – 12µB and – 11µB, respectively, affirming their complete half-metallic behavior. The quasi-harmonic Debye model, as implemented in the Gibbs code, was used to predict the thermal properties of Cr2GdSn1 – xPbx. These alloys seem to be a potential candidate of spintronic devices.