Switching of Dominant Magnetic Exchange Interactions Between Tetrahedral-octahedral and Octahedral-octahedral Sites in (Mn<>1-xCrx)3O4 Spinels
尖晶石(Mn1-xCrx)3O4 四面體-八面體及八面體-八面體磁性耦合之轉換現象研究
G. D. Dwivedi, Tsung-Wen Yen, S. M. Kumawat, C. W. Wang, D. Chandrasekhar Kakarla, A. Tiwari, H. D. Yang, S. M. Huang, C. M. Chung, S. J. Sun, H. Chou
2023/12/31
尖晶石Mn3O4具有複雜的晶體結構，由於磁耦合在一個四面體及兩八面體次結構之間的競爭，加上Mn3+離子具有使所在之八面體呈現出Jahn-Teller晶格扭曲的特性，使得Mn3O4成為一個挫折性材料。一般而言，次結構之間均呈反鐵磁耦合，而以四面體-八面體之間的AFM耦合最為強烈，進而壓制八面體之間較弱的AFM耦合變為有點扭曲的FM耦合。摻雜Cr3+時，因不具有半填滿之eg帶及較小的磁矩，將可以大幅抑制八面體處之Jahn-Teller效應、磁耦合、以及降低挫折性。本研究特研究摻雜濃度對這些特性的影響。中子繞射發現Mn2.7Cr0.3O4 及Mn1.5Cr1.5O4分別具有線性及非線性磁結構[此部份己發表至G. D. Dwivedi, C. W. Wang, S. M. Kumawat and H. Chou, Appl. Phys. Lett., 2020, 116, 182406]。當我們使用TB2J數值方法計算磁結構及交換耦合時，發現Mn2.7Cr0.3O4次結構之間最強的磁耦合在八面體與八面體之間的，這點與傳統尖晶石的磁耦合狀態完全不同；及至摻雜至Mn1.5Cr1.5O4時，最強之磁耦合又回復至原本四面體-八面體之間。磁耦合轉換位置的改變的主因乃是Cr3+具有較小的離子半徑及較小的磁矩所致。
研究動態
