Магнитное состояние кобальта в слоистом халькогениде Fe4Co3Se8

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выполнено исследование структурных и магнитных свойств слоистого халькогенида Fe4Co3Se8, обладающего ферримагнитным порядком ниже 196 K, с помощью рентгеновской дифрактометрии, измерений магнитной восприимчивости и спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах 59Co. Найдено, что эффективный магнитный момент ионов железа составляет µэфф ≈ 5.90(5) µB. Определены значения компонент тензоров магнитного сдвига и градиента электрического поля в месте расположения ядер кобальта. Из температурных зависимостей сдвига и восприимчивости в Fe4Co3Se8 сделана оценка сверхтонкого поля, наводимого на ядра Co от соседних ионов железа. Установлено, что ионы кобальта в Fe4Co3Se8 так же, как и в соединении Co7Se8, не обладают собственным магнитным моментом, но имеют наведенный от соседних ионов железа момент µэффCo ≈ 0.36(4) µB, который при переходе в магнитоупорядоченное состояние уменьшается до значения 0.07(1) µB из-за взаимной компенсации вкладов от соседних ионов железа.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. В. Пискунов

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: piskunov@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

В. В. Оглобличев

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Email: piskunov@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

А. Ф. Садыков

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Email: piskunov@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Д. Ф. Акрамов

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: piskunov@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108; ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

А. Г. Смольников

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Email: piskunov@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

А. П. Геращенко

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Email: piskunov@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Н. В. Селезнева

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: piskunov@imp.uran.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Н. В. Баранов

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: piskunov@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108; ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Список литературы

  1. Pearce C.I., Pattrick R.A.D., Vaughan D.J. Electrical and Magnetic Properties of Sulfides // Rev. Mineral. Geochem. 2006. V. 61(1). P. 127–180.
  2. Wang H., Salveson I. A review on the mineral chemistry of the non-stoichiometric iron sulphide, Fe1–xS (0 ≤ x ≤ 0.125): polymorphs, phase relations and transitions, electronic and magnetic structures // Phase Transition. 2005. V. 78. P. 547–567.
  3. Wang J., Cui W., Liu Q., Xing Z., Asiri A.M., Sun X. Recent Progress in Cobalt-Based Heterogeneous Catalysts for Electrochemical Water Splitting // Adv. Mater. 2016. V. 28. P. 215–230.
  4. Kawaminami M., Okazaki A. Neutron diffraction study of Fe7Se8 // Journal of the Physical Society of Japan. 1967. V. 22. Р. 925. Kawaminami M., Okazaki A. Neutron diffraction study of Fe7Se8 II // J. Phys. Soc. Japan. 1970. V. 29. Iss. 3. P. 649–655.
  5. Andresen A.F., Leciejewicz J. A neutron diffraction study of Fe7Se8 // J. Phys. 1964. V. 25. Р. 574–578.
  6. Sato M., Kamimura T., Iwata T. Magnetic properties and anisotropy of (Fe1–xCox)7Se8 // J. Appl. Phys. 1985. V. 57. P. 3244–3246.
  7. Ибрахим П.Н.Г. Влияние катионного и анионного замещения на структуру и физические свойства слоистых халькогенидов переходных металлов типа M7X8 / Дис... канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург: УрФУ, 2015.
  8. Sato M., Kamimura T., Shinohora T., Sato T. Magnetic phase diagram of (Fe, Co)7S8 and (Mn, Ti)Sb // J. Magn. Magn. Mater. 1990. V. 90–91. P. 179–180.
  9. Kamimura T. Correlation between magnetism and lattice spacing c in compounds with NiAs-type structures // J. Phys. 1988. V. 49. P. C8–191–C8–192.
  10. Sato M., Kamimura T., Shinohora T., Sato T. NMR study of 59Co in (Fe1-xCox)7S8 // J. Magn. Magn. Materi. 1992. V. 104–107. P. 1961–1962.
  11. Rueff J.P., Kao C.C., Struzhkin V.V., Badro J., Shu J., Hemley R.J., Mao H.K. Pressure-Induced High-Spin to Low-Spin Transition in FeS Evidenced by X-Ray Emission Spectroscopy // Phys. Rev. Letters. 1999. V. 82. P. 3284–3287.
  12. Miller V.L., Lee W.L., Lawes G., Ong N.-P., Cava R.J. Synthesis and properties of the Co7Se8-xSx and Ni7Se8-xSx solid solutions // J. Solid State Chemistry. 2005. V. 178. P. 1508–1512.
  13. Baranov N.V., Ibrahim P.N.G., Selezneva N.V., Gubkin A.F., Volegov A.S., Shishkin D.A., Keller L., Sheptyakov D., Sherstobitova E.A. Layer-preferential substitutions and magnetic properties of pyrrhotite-type Fe7-yMyX8 chalcogenides (X = S, Se; M = Ti, Co) // J. Phys. Condensed Matter. 2015. V. 27. P. 286003(12).
  14. Piskunov Yu.V., Ogloblichev V.V., Sadykov A.F., Akramov D.F., Smol’nikov A.G., Gerashchenko A.P., Selezneva N.V., Baranov N.V. Magnetic State of Layered Cobalt Chalcogenides Co7Se8 and Co7Te8 // JETP Letters 2023. V. 117. P. 54–60.
  15. Kamimura T. On the Spin Axis Transition in Fe7Se8(3c) // J. Phys. Soc. Japan. 1977. V. 43. P. 1594–1599.
  16. Li G., Zhang B., Baluyan T., Rao J., Wu J., Novakova A.A., Rudolf P., Blake G.R., Groot R.A.D., Palstra T.T.M. Metal-Insulator Transition Induced by Spin Reorientation in Fe7Se8 Grain Boundaries // Inorganic Chemistry. 2016. V. 55. P. 12912–12922.
  17. Kamimura T., Iwata T. On the Nature of the Easy-Axis Transition in (Fe1-xCox)7Se8 // J. Phys. Soc. Japan. 1982. V. 51. P. 691–692.
  18. Геращенко А.П., Верховский С.В., Садыков А.Ф., Смольников А.Г., Пискунов Ю.В., Михалев К.Н. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ #2018663091. Simul 2018. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 22.10.2018 г.
  19. Абрагам А. Ядерный магнетизм. Пер. с англ. Под ред. Г.В. Скроцкого. М.: Изд. И. Л., 1963. 551 с.
  20. Винтер Ж. Магнитный резонанс в металлах: Пер. с англ. Под ред. А.П. Степанова. М.: Мир, 1976. 288 с.
  21. Carter G.C., Bennett L.H., Kahan D.J. Metallic shifts in NMR-review of theory and comprehensive critical data compilation of metallic materials. 1. Review chapters NMR tables, evaluated knight-shifts in metals together with other solid-state and nuclear properties //Progress Mater. Sci. 1977. V. 20. P. 1–378.
  22. Narath A. Nuclear Spin-Lattice Relaxation in Hexagonal Transition Metals: Titanium // Phys. Rev. 1967. V. 162. P. 320–332.
  23. Korringa J. Nuclear magnetic relaxation and resonnance line shift in metals // Physica. 1950. V. 16. P. 601–610.
  24. Obata Y. Nuclear Magnetic Relaxation in Transition Metals // J. the Phys. Soc. Japan. 1963. V. 18. P. 1020–1024.
  25. Moriya T. Nuclear Magnetic Relaxation in Antiferromagnetics // Progress Theoret. Phys. 1956. V. 16. P. 23–44.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Элементарная ячейка 3С-сверхструктуры соединения Fe₄Co₃Se₈. Пунктирными линиями показана базисная элементарная ячейка.

Скачать (282KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дифрактограмма соединения Fe₄Co₃Se₈. Символы – экспериментальные значения сплошная линия – расчет, внизу – разностная кривая между наблюдаемыми и рассчитанными интенсивностями. Штрихами показано положение рефлексов в структуре, описываемой пространственной группой P3₁21.

Скачать (98KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Температурная зависимость магнитной восприимчивости χ(T) в Fe₄Co₃Se₈. Нижняя вставка – зависимость производной dχ/dT от температуры. Верхняя вставка – зависимость χ(T) в парамагнитном состоянии Fe₄Co₃Se₈. Штриховая линия – результат аппроксимация экспериментальных данных выражением χ(T) = C/(T – TC) + χ₀.

Скачать (95KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектры ЯМР ядер ⁵⁹Co в поликристаллическом образце Fe₄Co₃Se₈ в магнитном поле Н0 = 92.8 кЭ при различных температурах в области магнитоупорядоченного и парамагнитного состояний (а). Спектр ЯМР ⁵⁹Co при T = 350 K, штриховая линия – результат моделирования (б).

Скачать (139KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Температурная зависимость магнитного сдвига ядер ⁵⁹Co Kiso в Fe₄Co₃Se₈; на вставке показана зависимость Kiso(χ) с температурой в качестве параметра, аппроксимированная прямой линией.

Скачать (66KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость величин (M₀ – Mz(tᵢₙᵥ))/(M₀ – Mz(tᵢₙᵥ = 0)) и Mz(tᵢₙᵥ)/M₀ (на вставке) от tᵢₙᵥ в соединении Fe₄Co₃Se₈ при Т = 300 К, сплошные линии – результат аппроксимации данных выражением (а). Температурная зависимость скорости ядерной спин-решеточной релаксации Т₁⁻¹. Прямая линия – аппроксимация данных прямой линией (б).

Скачать (138KB)
Метаданные