嵌入 ZnO 基体中的 ZnFe2O4 纳米颗粒的亚铁磁性与自旋倾斜

本文介绍了嵌入非磁性 ZnO 基体中的 ZnFe2O4 纳米颗粒的结构和磁性。X 射线衍射图和透射电子显微镜 (TEM) 图像显示，所得样品由平均晶粒尺寸 $<D> = 23.4(0.9)$ nm 的结晶铁氧体纳米颗粒组成，并均匀分散在 ZnO 基体中。磁化数据表明，从室温降至 $T_{M} \sim 20$ K 时表现出类超顺磁行为，在此温度下观察到向冻结态的转变。$M(H)$ 曲线显示直至 $T_M$ 矫顽场几乎为零，而在该处观察到 $H_C$ 值的急剧增加。在 200 K 和 2 K 下测得的饱和磁化强度 $M_S$ 值分别为 $M_S = 0.028(3)$ 和 $0.134(7) \mu_B/\text{f.u.}$ ZnFe2O4，表明存在少量未补偿的原子矩。低温下的 M"ossbauer 测量证实了 $T < 25$ K 时向磁有序态的转变，此时出现了两个磁分裂六重峰。虽然这两个六重峰由于相似的超精细场而显示出强烈的重叠，但加场 M"ossbauer 谱清楚地显示了两个不同的 Fe3+ 位点，证明样品呈亚铁磁有序。发现这两个尖晶石位点在外加 12 T 磁场下表现不同：位于 A 位点的磁矩与外场完美对齐，而 B 位点的自旋则倾斜了 $\alpha_B = 49(2)^{\circ}$ 的角度。我们讨论了这种颗粒结构对观测到的磁行为的意义。