近兆巴高压下 Fe$_{2}$TiO$_{4}$ 后尖晶石中的位点特异性自旋交叉
强关联电子
2018-09-25 v1 材料科学
摘要
室温下至约 90 GPa 的 X 射线衍射研究表明,FeTiO 亚铁反尖晶石经历如下结构转变序列:立方相(Fd3m)→四方相(I41/amd)→正交相(Cmcm)→正交相(Pmma),转变起始压力如上所示。在 Cmcm 相内,位点特异性自旋交叉被引发,且仅涉及高度畸变的八面体位点,约占所有 Fe 位置的 25%。这表现为超过约 40 GPa 后 dV/V0 ~ 3.5% 的更陡体积下降,以及在变低温下 57Fe M"ossbauer 谱中辨别出的新生抗磁分量。随后的 Cmcm 到 Pmma 的 Fe/Ti 无序—有序重排在六配位(八面体)位点处发生。Pmma 相中其余处于六配位和八配位位点的高自旋 Fe(丰度约 75%)在至约 90 GPa 表现出平均饱和内磁场 H ~ 42 T,典型为自旋仅(轨道淬灭)费米接触值。相比之下,在 Cmcm 相中 40–45 GPa 自旋交叉引发区以下出现平均 H ~ 20 T 的值,意味着未淬灭的轨道矩。因此,位点特异性自旋交叉在其余高自旋 Fe 位点引发协同晶格响应和多面体畸变,转化为 3d 能级(子带)变化及相应的轨道矩淬灭。近约 90 GPa 时,FeTiO 是一种部分自旋转化、化学有序的 Pmma 后尖晶石结构,具有约 100 meV 的持久电荷能隙。尽管发生了结构对称性变化、部分自旋交叉和晶格可压缩性导致单位晶胞体积总缩减约 33% 及相应的 3d 带宽展宽,强电子关联在高致密化下依然持续。
引用
@article{arxiv.1809.09056,
title = {Site-specific spin crossover in Fe$_{2}$TiO$_{4}$ post-spinel under high pressures to near a megabar},
author = {W. M. Xu and G. R. Hearne and S. Layek and D. Levy and J-P. Itié and M. P. Pasternak and G. Kh. Rozenberg and E. Greenberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.09056},
year = {2018}
}
备注
35 Pages and 7 Figures