Ab initio calculation of vacancy formation energy in antiperovskite Mn$_3$GaC

В данной работе представлено первопринципное вычисление энергии образования вакансий по Шотки в сплаве Mn3GaC. Вычисления проводились в рамках теории функционала плотности (DFT), реализованной в программном пакете VASP. Для аппроксимации обменно-корреляционного функционала использовалась обобщенная градиентная аппроксимация в формулировке Пердью-Бурке-Эйзенхофа. Показано, что в исследуемом сплаве наиболее энергетически выгодно образование вакансии на месте атома C, так же выгодно образование вакансий на местах атомов Mn, в то время как вакансии Ga являются энергетически невыгодными. Также вычислена концентрация вакансий при конечной температуре. Продемонстрировано, что вакансии Mn и C имеют практически одинаковую равновесную концентрацию при ненулевой температуре, при этом концентрация вакансий Ga пренебрежимо мала. Кроме того, рассчитаны модули упругости для различных магнитных упорядочений (ферромагнитное, неколлинеарное и антиферромагнитное) в исследуемом сплаве. Используя квазигармоническую модель Дебая, построены кривые свободной энергии Гельмгольца. Используя эти кривые, показано также, что моновакансии Шотки не дестабилизируют ферромагнитную фазу. Стабильность ферромагнитной фазы обусловлена наличием большого вклада магнитной энтропии в свободную энергию Гельмгольца для исследуемого сплава.