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Crystalline Magnetic Anisotropy in High Entropy (Fe, Co, Ni, Cr, Mn)3O4 Oxide Driven by Single-Element Orbital Anisotropy, Advanced Functional Materials 34,14 (2024)
單元素軌域異向性驅動之高熵(Fe, Co, Ni, Cr, Mn)3O4氧化物結晶磁異向性。
Wei-En Ke, Jia-Wei Chen, Cheng-En Liu, Yu-Chieh Ku, Chun-Fu Chang, Padraic Shafer, Shi-Jie Lin, Ming-Wen Chu, Yi-Cheng Chen*, Jien-Wei Yeh, Chang-Yang Kuo*, and Ying-Hao Chu*
2024/08/01
近年來，多元素材料由於其可調控的特性而廣受關注，包括高機械強度、高熱穩定性等優勢，此種材料又稱作高熵材料，其中高熵氧化物由於多了金屬陽離子與氧陰離子間超交互(Super exchange)或雙交互(Double exchange)作用，我們可以藉由摻雜、應變、元素比例調控等物理外在方式改變高熵氧化物中的電荷、軌域(Orbital)、晶格、自旋(Spin)等物理參數，進而有更多磁性相關的應用。然而，單一元素如何影響整體材料的磁性表現仍有待深入探討，在此篇研究中，我們探討不同面內應變的異質磊晶高熵(Fe, Co, Ni, Cr, Mn)3O4氧化物薄膜的磁異向性表現，發現薄膜在鋁酸鎂(MgAl2O4)基板造成的壓應變影響下展現結晶磁異向性的行為，磁易軸有往面外方向翻轉的特徵。利用X光繞射、倒晶格圖譜、掃描穿隧電子顯微鏡觀察高熵氧化物薄膜應變及元素在晶格內偏好佔位的情形，接著利用振動樣品磁化儀及超導量子干涉磁化儀觀察高熵氧化物薄膜在不同基板上的磁異向性表現，為了瞭解此物理緣由及機制，我們透過具有元素解析力的X光吸收圖譜(X-ray absorption spectroscopy)與具磁異向性敏感之X光線偏振二向性(X-ray linear dichroism)闡明各組成元素在不同應變環境的軌域佔據情形，由於基板引起的磊晶壓應變，Mn3+中的eg軌域分裂成高低不同的能階，導致不同的電子佔據情形，揭示結晶磁異向性的來源。透過探討高熵材料內原子分布與磁性交互作用帶來的複雜性，此篇研究開創了探討高熵材料核心物理的新方法。