电池材料LiFePO$_4$中的反位无序

我们报道了详细的磁强计和高频电子自旋共振(HF-ESR)测量，从而可对单晶LiFePO$_4$中的Li-Fe反位无序(即Fe$^{2+}$与Li$^+$离子的交换)进行详细研究。数据表明，位于Li位的Fe$^{2+}$离子的磁矩不参与LiFePO$_4$中的长程反铁磁序，而是形成准自由磁矩。反位缺陷处磁矩的各向异性轴附着于主晶向。HF-ESR研究检测到的相关线性共振支证实了这些磁矩的局域特性。磁各向异性表现为显著的零场分裂$\Delta = 220(3)$~GHz、$\Delta'\sim50$~GHz以及高度各向异性的$g$因子，即$g_\mathrm{a} = 1.4$、$g_\mathrm{b} = 2.0$、$g_\mathrm{c} = 6.3$。我们展示了一种通过磁学研究精确测定LiFePO$_4$中Fe反位无序的通用方法，其表明Li位上顺磁性Fe$^{2+}$离子的密度为0.53%。