多价阴离子磁体的超交换理论
材料科学
2019-09-04 v1
摘要
Goodenough-Kanamori-Anderson (GKA) 规则已被广泛用于解释由超交换相互作用引起的磁性质。作为超交换理论的结论,它们揭示了阳离子-阴离子-阳离子相互作用路径中键角为 180 度(90 度)时的反铁磁(铁磁)有序,其中该理论设定了一个前提条件:所有路径中阳离子的电子态相同。我们观察到 GKA 规则事实上并不普适,甚至对含不同价态阴离子的材料无效,例如层状 CrOCl 晶体(阴离子具两种价态:O2- 与 Cl-)。本研究中,我们提出一种与特定路径中阳离子叠加电子态相关的扩展超交换理论(ESET)。ESET 不仅能预测不同阳离子-阴离子-阳离子路径中磁交换常数的符号与相对大小,还能预测磁基态。通过我们提出的理论,我们得出结论:Cr-Cl-Cr 路径中键角 90 度时为中等反铁磁,而 Cr-O-Cr 路径中键角 180 度时为强铁磁,这与 GKA 规则的内容相反。此外,我们阐明单层 CrOCl 具有反铁磁有序,而非近期报道的铁磁。ESET 的可靠性通过第一性原理计算及先前的实验报道得到验证,其普适性亦得以展示。因此,我们的理论可有力预测磁性质,使得利用多价阴离子材料设计新的高居里温度二维半导体铁磁体成为可能。
引用
@article{arxiv.1902.06898,
title = {Super-Exchange Theory for Polyvalent Anion Magnets},
author = {Fang Zhang and You-Chao Kong and Rui Pang and Liang Hu and Peng-Lai Gong and Xing-Qiang Shi and Zi-Kang Tang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.06898},
year = {2019}
}
备注
18 pages, five figures(including TOC)