Ti_{1-x}Mn_xCo_2O_4 尖晶石中局域自旋倾斜、弱 Jahn-Teller 畸变与磁补偿的中子衍射证据
强关联电子
2020-03-23 v1 材料科学
摘要
报道了在 1.6 K ≤ T ≤ 300 K 温度区间内对 Mn 替代亚铁磁反尖晶石 Ti_{1-x}Mn_xCo_2O_4 使用中子衍射与磁化率进行的系统研究。我们的中子衍射研究揭示了所有 Jahn-Teller 活性离子 T = Mn^{3+}、Ti^{3+} 和 Co^{3+} 的 T O_6 八面体的协同畸变，并由 X 射线光电子能谱证实。选取了两个特定组分（x = 0.2 和 0.4）因其独特特征：非共线 Yafet-Kittel 型有序，以及弱四方畸变且 c/a < 1，其中由于 Mn^{3+} 离子的 e_g 能级分裂为 d_{x^2-y^2} 和 d_{z^2}，轴向键长 d_c(T_B-O) 长于赤道向 d_{ab}(T_B-O)。对于 x = 0.4，相较于 x = 0.2，T_B O_6 八面体的畸变更强，因为三价 Mn 含量更高。x = 0.4 和 x = 0.2 中的亚铁磁有序分别始于 110.3 K 和 78.2 K，源于阳离子的不等磁矩，其中 Ti^{3+}、Mn^{3+} 和 Co^{3+} 占据八面体位置，而 Co^{2+} 位于四面体位置。此外，可观测到垂直于亚铁磁分量的弱反铁磁分量。静态与动态磁化率分析结合热容数据揭示了 x = 0.2 在 T_COMP = 25.4 K 处的磁补偿现象，以及 x = 0.4 中冻结温度约 110.1 K 的重入自旋玻璃行为。该补偿现象的特征为磁化在 T_COMP 以下符号反转以及双极交换偏置效应，其大小取决于外磁场方向与冷却协议。
引用
@article{arxiv.2003.09308,
title = {Neutron Diffraction Evidence for Local Spin Canting, Weak Jahn-Teller Distortion, and Magnetic Compensation in Ti$_{1-x}$Mn$_{x}$Co$_2$O$_4$ Spinel},
author = {P. Pramanik and D. C. Joshi and M. Reehuis and A. Hoser and J. U. Hoffmann and R. S. Manna and T. Sarkar and S. Thota},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.09308},
year = {2020}
}
备注
19 pages, 15 figures