双钙钛矿Ba2-xSrxTbIrO6中的温度诱导价态转变

本工作研究了Ba$_{2-x}$Sr$_x$TbIrO$_6$窄组成范围内的温度诱导价态转变。该价态转变涉及Tb与Ir之间的电子转移，导致Tb$^{3+}$/Ir$^{5+}$与Tb$^{4+}$/Ir$^{4+}$相之间的价态变化。这一一级转变对晶格、输运性质以及Tb和Ir离子在低温下的长程磁有序具有剧烈影响。Ir$^{5+}$离子具有5$d^4$（$J\rm_{eff}$ = 0）的电子构型，预期为非磁性。相反，具有5$d^5$($J\rm_{eff}$ = 1/2)构型的Ir$^{4+}$离子有利于长程磁有序。对于$x$ = 0.1且为Tb$^{3+}$/Ir$^{5+}$构型直至本研究考察的最低温度（2 K），在5 K附近观察到自旋玻璃行为，表明Ir$^{5+}$（$J\rm_{eff}$ = 0）离子充当间隔子，减弱了Tb$^{3+}$离子间的磁相互作用。对于$x$ = 0.5且为Tb$^{4+}$/Ir$^{4+}$构型（低于本研究最高温度400 K），在$T\rm_N$ = 40 K观察到长程反铁磁有序，凸显了Ir$^{4+}$（$J\rm_{eff}$ = 1/2）离子在促进Tb和Ir离子长程磁有序中的重要性。对于0.2 $\leqslant x \leqslant$ 0.375，在180 K $\leqslant T \leqslant$ 325 K温度范围内发生从高温Tb$^{3+}$/Ir$^{5+}$相到低温Tb$^{4+}$/Ir$^{4+}$相的温度诱导价态转变，且转变温度随$x$升高。组成依赖性展示了对临界$x$区域价态的调控能力，从而导致磁性与结构的同时变化。这种调控能力可结合薄膜中合适的应变加以利用，在磁性被操控时充当开关。