Модель фазовых переходов в медной шпинели при легировании сурьмой : научное издание

Описание

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2008

Ключевые слова: медная шпинель, легированная сурьмой; модель локализованных спинов; косвенный обмен; протекание по обменным связям; спиновое расслоение

Аннотация: Проведено теоретическое исследование свойств медной шпинели Cu1+[Cr1+ x3+Cr1-2x4+Sbx5+]S42- в рамках спинового гамильтониана. Рассмотрена только катионная подрешетка B, содержащая ионы Cr3+(S3 = 3/2), Cr4+(S4 = 1) и диамагнитные узлы Sb5+(S = 0). Между ближайшими магнитоактивными ионами имеются эффективные обменные взаимодействия чПоказать полностьюерез промежуточный анион: J34 0 (двойной обмен), J44 0, J33 0 (суперобмен), причем J34 |J33|, J44. При хаотическом распределении ионов общая физическая картина поведения системы в зависимости от концентрации легирования x такова. В области x ? xcr ? 0,3 существует бесконечный ферромагнитный кластер из взаимосвязанных ионов Cr3+- Cr4+ (протекание по сильным ферромагнитным связям 3-4). При x xcr возникают конечные ферромагнитные кластеры, ориентированные «вверх» и «вниз» и связанные посредством антиферромагнитных связей J33. Полная намагниченность обращается в нуль, имеет место спиновое расслоение или состояние типа кластерного спинового стекла. При x > 0,5 возникает протекание по антиферромагнитным связям J33 и в антиферромагнитной матрице остаются практически только простые изолированные ферромагнитные кластеры, ориентированные в равном количестве «вверх» и «вниз». Предельное соединение (x = 0.5) содержит 1/4 «дырок» - диамагнитных узлов с оборванными связями и 3/4 катионов Cr3+ с антиферромагнитными связями. Протекание по связям 3-4 приводит не только к ферромагнетизму, но одновременно и к металлическому состоянию за счет механизма двойного обмена (формирование ферромагнитного половинного металла). Отсутствие протекания по связям 3-4 приводит к диэлектризации системы. Таким образом, при легировании медной шпинели сурьмой (0 ? x ? 0,5) происходят концентрационные фазовые переходы: металлический ферромагнетик (x xcr) превращается в диэлектрик со спиновым расслоением (xcr ? 0,3), который в пределе x = 0,5 становится антиферромагнитным диэлектриком. The properties of copper spinel Cu1+[Cr1+x3+Cr1-2x4+Sbx5+]S 42- are studied theoretically within the framework of spin Hamiltonian, Only a cation sublattice B containing the ions of Cr 3+(S3 =3/2), Cr4+(S4 =1) and diamagnetic sites Sb5+ (S = 0) are considered, There are effective exchange interactions between, the nearest magnetoactive neighbors across of the intermediate anion: J340 (double exchange), J44 0, J 33 0 (super-exchanges) with J34 ? |J 33|, J44. At a chaotic ion distribution, the overall physical, picture of the system behavior as a function of doping concentration x is as follows. There is an infinite ferromagnetic cluster formed by coupled ions Cr3+ -Cr4+ (percolation, through strong ferromagnetic bonds 3-4) in the region x ? xcr ? 0,3. At x x cr there occurs finite ferromagnetic clusters oriented «up» and «down» and coupled by the antiferromagnetic bonds J33. The total magnetization of the system, reduces to zero, a spin separation or a spin-glass state is realized. The percolation through the anti-ferromagnetic bonds J33 appears at x > 0,5, and practically only simple isolated ferromagnetic clusters persist in the antiferromagnetic matrix. The equal numbers of these clusters are oriented «up» and «down». The saturated compound (x=0,5) contains 1 / 4 holes (diamagnetic sites with broken bonds) and 3/4Cr3+ cations with the antiferromagnetic bonds. The percolation through. 3-4 bonds leads not only to a ferromagnetism, but to a metallic state too due to the mechanism of double exchange (the formation of a ferromagnetic half metal). The absence of percolation through 3-4 bonds results in dielectrization, Thus, the alloying of copper spinel, with antimony (0 ? x ? 0,5) causes the concentration phase transitions to occur: the metallic ferromagnet (x xcr) changes into a dielectric with a spin, separation. (xcr ? 0,3), which becomes an antiferromagnetic dielectric at x = 0,5.

Ссылки на полный текст

Издание

Журнал: Физика низких температур

Выпуск журнала: Т. 34, 2

Номера страниц: 161-171

ISSN журнала: 01326414

Место издания: Харьков

Издатель: Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина Национальной академии наук Украины

Авторы

Вхождение в базы данных