Physics of Metals and MetallographyPhysics of Metals and MetallographyФизика металлов и металловедение0015-32303034-6215The Russian Academy of Sciences69555110.31857/S0015323025070059ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВАResearch ArticleMAGNETIC ORDER IN THE SANDWICH STRUCTURE OF THE COMPOUND Fe3GeTe2МАГНИТНЫЙ ПОРЯДОК В СЭНДВИЧ-СТРУКТУРЕ СОЕДИНЕНИЯ Fe3GeTe2https://orcid.org/0000-0003-1455-965X57217591141K-3344-20131931-6864Men'sheninVladimir V.МеньшенинВладимир Васильевич
Russian Federation

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Chief Researcher, Laboratory of Theoretical Physics

доктор физико- математических наук, главный научный сотрудник, лаборатория теоретической физики

menshenin@imp.uran.ruM.N. Mikheev Institute of Metal Physics of Ural Branch of Russian Academy of SciencesИнститут физики металлов УрО РАН30102025126778178730102025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0015-3230/article/view/695551

Magnetic ordering of the sandwich structure of the Fe3GeTe2 compound is investigated. Two cases are considered. In the first case, the interaction between the layers containing iron atoms is neglected. In the second case, such interaction is considered small. It is shown that in the first case, a phase transition to a ferromagnetic state of the Ising type with a one-component order parameter takes place in two-dimensional layers containing only iron atoms. The magnetic moment is oriented along the z axis. The assumption is used that in the Fe/Ge layer, the exchange interaction of iron atoms is indirect through germanium atoms and antiferromagnetic. Long-range magnetic order is absent in this plane, but antiferromagnetic fluctuations of the transverse spin wave type are present. When the interaction between the layers is taken into account, a long-range ferromagnetic order will appear in the system, realized on the layers containing only iron atoms. Antiferromagnetic fluctuations will coexist with ferromagnetism.

Исследовано магнитное упорядочение сэндвич-структуры соединения Fe3GeTe2. Рассмотрены два случая. В первом случае пренебрегается взаимодействием между слоями, содержащими атомы железа. Во втором – такое взаимодействие считается малым. Показано, что в первом случае в двумерных слоях, содержащих только атомы железа, имеет место фазовый переход в ферромагнитное состояние изинговского типа с однокомпонентным параметром порядка. Магнитный момент ориентирован вдоль оси z. Использовано предположение о том, что в слое Fe/Ge обменное взаимодействие атомов железа является косвенным через атомы германия и антиферромагнитным. Дальний магнитный порядок в этой плоскости отсутствует, но имеются антиферромагнитные флуктуации типа поперечных спиновых волн. При учете взаимодействия между слоями в системе появится дальний ферромагнитный порядок, реализуемый на слоях, содержащих только атомы железа. Антиферромагнитные флуктуации будут сосуществовать с ферромагнетизмом.

magnetic orderingantiferromagnetic fluctuationsiron layeriron-germanium layerмагнитное упорядочениеантиферромагнитные флуктуациижелезный слойслой железо–германийГосударственное задание Минобрнауки России для ИФМ УрО РАНDeiseroth H. -J., Aleksandrov K., Reiner C., Kienle L., Kremer R.K. Fe3GeTe2 and Ni3GeTe2 – two new layered transition-metal compounds: crystal structures HRTEM investigation, and magnetic and electrical properties // Eur. J. Inorg. Chem. 2006. P.1561 -1567.Deiseroth H.-J., Aleksandrov K., Reiner C., Kienle L., Kremer R.K. Fe3GeTe2 and Ni3GeTe2 – two new layered transition-metal compounds: crystal structures HRTEM investigation, and magnetic and electrical properties // Eur. J. Inorg. Chem. 2006. No. 8. P. 1561–1567.Zhuang H. L., Kent P. R. C., Henning R. G. Strong anisotropy and magnetostriction in the two dimensional Fe3GeTe2// Phys. Rev. 2016. B 93. P. 134407-1-134407-7.Zhuang H.L., Kent P.R.C., Henning R.G. Strong anisotropy and magnetostriction in the two dimensional Fe3GeTe2 // Phys. Rev. 2016. B 93. P. 134407(7).May A.F., Calder S., Cantoni C., Cao Y., MCGuir M.A. Magnetic Structure and phase stability of the van der Waals bonded ferromagnet Fe3-xGeTe2 //Phys. Rev. 2016. B 93. P.014411-1-11.May A.F., Calder S., Cantoni C., Cao Y., MCGuir M.A. Magnetic Structure and phase stability of the van der Waals bonded ferromagnet Fe3–xGeTe2 // Phys. Rev. 2016. B 93. P. 014411(11).X. Bai, F. Lechermann, Y. Liu, Y. Cheng, A. I. Kolesnikov, F. Ye. T. J. Williams, S. Chi, T. Hong, G. E. Granroth, A. F. May, S. Calder Antiferromagnetic fluctuations and orbital-selective Mott transition in the van der Waals ferromagnet Fe3−xGeTe2//Phys. Rev. 2022. B 106. L180409 1-6.Bai X., Lechermann F., Liu Y., Cheng Y., Kolesnikov A.I., Ye F., Williams T. J., Chi S., Hong T., Granroth G.E., May A.F., Calder S. Antiferromagnetic fluctuations and orbital-selective Mott transition in the van der Waals ferromagnet Fe3−xGeTe2 // Phys. Rev. 2022. B. 106. L180409 1–6.X. Xu, Y. W. Li, S. R. Duan, S. L. Zhang, Y. J. Chen, L. Kang,1 A. J. Liang, C. Chen, W. Xia, Y. Xu,Xu X., Li Y.W., Duan S.R., Zhang S.L., Chen Y.J., Kang L., Liang A.J., Chen C., Xia W., Xu Y., Malinowski P., Xu X.D., Chu J.-H., Li G., Guo Y.F., Liu Z.K., Yang L.X., Chen Y.L. Signature for non-Stoner ferromagnetism in the van der Waals ferromagnet Fe3GeTe2 // Phys. Rev. B. 2020. V. 101. P. 201104 (R)(6).P. Malinowski, X. D. Xu, J.-H. Chu, G. Li, Y. F. Guo, Z. K. Liu, L. X. Yang Y. L. Chen. Signature for non-Stoner ferromagnetism in the van der Waals ferromagnet Fe3GeTe2 // Phys. Rev. 2020. B 101. 201104 (R) 1-6.Zhy J.X., Janoschek M., Chaves D.S., Cezar J.C., Durakiewicz T., Ronning F., Sassa Y., Mansson M., Scott B.L., Wakeham N., Baner E.D., Thompson J.D. Electronic correlation and magnetism in the ferromagnetic metal Fe3GeTe2 // Phys. Rev. B. 2016. V. 93. Р. 144404(6).J.X. Zhy, M. Janoschek, D.S. Chaves, J.C. Cezar, T. Durakiewicz, F. Ronning, Y. Sassa, M. Mansson, B.L. Scott, N Wakeham, E.D. Baner, J.D. Thompson. Electronic correlation and magnetism in the ferromagnetic metal Fe3GeTe2 // Phys. Rev. 2016. B 93.144404 1-6.Deng Y., Yu Y., Song Y., Zhang J., Wang N.Z., Sun Z., Yi Y., Wu Y.Z., Wu S., Zhu J., Wang J., Chen X.H., Zhang Y. Gate-tunable room-temperature ferromagnetism in two-dimensional Fe3GeTe2 // Nature. 2018. V. 563. No. 7729. Р. 94–99.Y. Deng, Y. Yu, Y. Song, J. Zhang, N. Z Wang, Z. Sun, Y. Yi, W. Y. Zheng, S. W. J. Zhu, J. Wang, X. H. Chen, Y. Zhang. Gate-tunable room-temperature ferromagnetism in two-dimensional Fe3GeTe2//Nature. V.563. No. 7729. p.94-99.Zhang Y., Lu H., Zhu X., Tan S., Feng W., Liu Q., Zhang W., Chen Q., Liu Y., Luo X., Xie D., Luo L. Emergence of Kondo lattice behavior in a van der Waals itinerant ferromagnet, Fe3GeTe2 // Sci. Adv. 2018. No. 4. eaao6791–8.Y. Zhang, H. Lu, X. Zhu, S. Tan, W. Feng, Q. Liu, W. Zhang, Q. Chen, Y. Liu, X. Luo, D. Xie, L. Luo, Emergence of Kondo lattice behavior in a van der Waals itinerant ferromagnet, Fe3GeTe2// Sci. Adv. 2018. 4. eaao6791 1-8.Меньшенин В.В. Ферромагнитный порядок в ван-дерваальсовом соединении Fe3GeTe2 // ЖЭТФ. 2024. Т. 165. № 3. С. 389–395.Menshenin V.V. Ferromagnetic order in the van der Waals compound Fe3GeTe2// JETP. 2024. Vol. 165. No. 3. Pp. 389-395.Поляков А.М. Калибровочные поля и струны. Ижевск: Удмуртский университет, 1999. 312 с.A.M. Polyakov. Gauge fields and strings// Publishing House "Udmurt University", Izhevsk, 1999, 312 p.Поташинский А.З., Покровский В.Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. М.: Наука, 1982. 381 с.Potashinsky A.Z., Pokrovsky V.L. Fluctuation Theory of Phase Transitions// Nauka, Moscow, 1982. 381 p.Абрикосов А.А., Горьков В.П., Дзялошинский И.Е. Методы квантовой теории поля в статистической физике. М.: Наука, 1963. 444 с.Abrikosov A.A., Gorkov V.P., Dzyaloshinsky I.E. Methods of Quantum Field Theory in Statistical Physics // Nauka, Moscow, 1963. 444 p.Amit D.J. Field Theory, the Renormalization Group and Critical Phenomena / World Scientific Publising Co Pte Ltd, Singapore, 1984. 394 p.Amit D. J. Field Theory, the Renormalization Group and Critical Phenomena // World Scientific Publishing Co Pte Ltd, Singapore, 1984. 394 p.Белавин А.А., Поляков А.М. Метастабильные состояния двумерного изотропного ферромагнетика // Письма в ЖЭТФ. 1975. Т. 22. C. 503–506.Belavin A.A., Polyakov A.M. Metastable States of a Two-Dimensional Isotropic Ferromagnet // JETP Letters. 1975. Vol. 22. Pp. 503-506.Березинский В.Л. Разрушение дальнего порядка в одномерных и двумерных системах с непрерывной группой симметрии // ЖЭТФ. 1970. Т. 59. С. 907–920.Berezinsky V.L. JETP. 1970. V. 59, P. 907-920.Ковалев О.В. Неприводимые и индуцированные представления и копредставления федоровских групп. М.: Наука, 1986. 367 с.O. V. Kovalev. Irreducible and induced representations and corepresentations of Fedorov groups//Nauka, Moscow. 1986. 367 p.Изюмов Ю.А., Найш В.Е., Озеров Р.П. Нейтронография магнетиков. М.: Атомиздат, 1981. 311 с.Izyumov Yu. A., Naish V. E., R. P. Ozerov. Neutron diffraction of magnets//Atomizdat. Moscow. 1981. 311 p.Васильев А.Н. Квантовополевая ренормгруппа в теории критического поведения и стохастической динамики. Санкт-Петербург: Изд-во ПИЯФ, 1998. 773 с.Vasiliev A. N. Quantum field renormalization group in the theory of critical behavior and stochastic dynamics// Publishing house of PNPI, St. Petersburg (1998). 773 p.