Mn$_{x}$Co$_{3-x}$O$_{4}$尖晶石薄膜中 Jahn-Teller 驱动的相分离

由地球上丰富的Mn和Co构成的过渡金属尖晶石氧化物长期以来被探索用于催化反应和能量存储。然而，由于样品制备差异及材料最终结构特性的不同，对其功能性质的理解可能具有挑战性。外延薄膜合成提供了一种制备精确可控材料以探究文献中所报道差异的新途径。本工作中，通过分子束外延合成了x = 0至x = 1.28的Mn$_{x}$Co$_{3-x}$O$_{4}$样品，并表征以建立随化学计量变化的材料性质图谱。薄膜通过原位X射线光电子能谱、X射线衍射、扫描透射电子显微镜和偏振K边X射线吸收谱进行表征。发现该范围内的Mn阳离子为八面体配位，符合反尖晶石结构。样品主要呈现Mn$^{3+}$与Mn$^{4+}$混合特征，并随Mn含量增加及Mn$^{3+}$形式电荷增加出现相分离倾向。相分离可能源于分别与Mn$^{4+}$和Jahn-Teller活性的Mn$^{3+}$八面体相关的立方与四方晶体结构之间的结构不相容。我们的结果有助于解释这些用于可再生能源技术的前景材料中跨样品的报道差异。