共面共享八面体三聚体中部分分子轨道：Ba$_{4}$TaMn$_{3}$O$_{12}$与Ba$_{4}$NbMn$_{3}$O$_{12}$的比较研究

我们提出一个具有共面共享八面体三聚体的分子轨道候选材料Ba$_{4}$TaMn$_{3}$O$_{12}$，并通过与其相关化合物Ba$_{4}$NbMn$_{3}$O$_{12}$的比较来研究它。通过抑制二次杂相，利用x射线衍射优化了多晶粉末的合成。对优化样品的磁化率测量揭示了微弱的磁滞现象，其磁转变与热容结果一致。由磁化率得到的有效磁矩表明在室温附近存在一个强耦合的$S=2$反铁磁三聚体，而由热容估算的磁熵则表明存在局域化的$S=3/2$三聚体。这些结果可以用部分分子轨道态来解释：基于密度泛函理论计算，三个$t_{2g}$电子局域在每个Mn离子上，而一个$e_{g}$电子离域于三聚体的两端Mn离子。这种非常规的3$d$轨道态可理解为Mn三聚体内原子间杂化轨道与由在位库仑关联形成的局域磁矩之间竞争的结果。