Interstitial Cr Impurities in Iron: Multiferroic Properties

Using the density functional theory, we perform a full atomic relaxation of the bulk ferrite with 12.5%-concentration of monoatomic interstitial Cr, which is periodically located at the edges of the Feα b.c.c. cell. As shown, structural relaxation leads to significant atomic displacements and results in the formation of novel high-stable magnetoelastic configurations with parallel chains of octahedrically arranged Fe. The enhanced magnetic polarization in the low-symmetry metallic state of such alloys can be externally controlled by additional introduction of nonmagnetic impurities like nitrogen. The electronic properties of obtained interstitial alloys can have important consequences for the applications in spintronic and multifunctional devices.З використанням теорії функціоналу густини виконано повну атомову релаксацію об’ємного фериту з 12,5%-концентрацією моноатомового міжвузловинного Cr, який періодично розташовується на гранях ОЦК-комірки Feα. Показано, що структурна релаксація призводить до значних зміщень атомів і формування нових високостабільних конфіґурацій з паралельними ланцюжками октаедрично впорядкованого Fe. Збільшена магнетна поляризація в низькосиметрійному металевому стані цього типу стопів може контролюватися ззовні додатковим введенням немагнетних домішок, таких як азот. Електронні властивості одержаних стопів втілення можуть виявитися важливими для їх застосування в спінтроніці та багатофункціональних приладах.С использованием теории функционала плотности произведена полная атомная релаксация объёмного феррита с 12,5%-концентрацией моноатомного междоузельного Cr, который периодически располагается на гранях ОЦК-ячейки Feα. Показано, что структурная релаксация приводит к значительным смещениям атомов и формированию новых высокостабильных конфигураций с параллельными цепочками октаэдрически упорядоченного Fe. Увеличенная магнитная поляризация в низкосимметрийном металлическом состоянии этого типа сплавов может контролироваться извне дополнительным внедрением немагнитных примесей, таких как азот. Электронные свойства полученных сплавов внедрения могут оказаться важными для их применения в спинтронике и многофункциональных приборах

Interstitial Fe-Cr alloys: Tuning of magnetism by nanoscale structural control and by implantation of nonmagnetic atoms

Using the density functional theory, we perform a full atomic relaxation of the bulk ferrite with 12.5%-concentration of monoatomic interstitial Cr periodically located at the edges of the bcc Fe$_\alpha$ cell. We show that structural relaxation in such artificially engineered alloys leads to significant atomic displacements and results in the formation of novel highly stable configurations with parallel chains of octahedrically arranged Fe. The enhanced magnetic polarization in the low-symmetry metallic state of this type of alloys can be externally controlled by additional inclusion of nonmagnetic impurities like nitrogen. We discuss possible applications of generated interstitial alloys in spintronic devices and propose to consider them as a basis of novel durable types of stainless steels.Comment: 8 pages, 10 figure