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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2411.01152 (cond-mat)
[提交于 2024年11月2日 ]

标题: 室温铁磁性由高价阳离子 V$^{+5}$/V$^{+4}$替换 SrFeO$_{3-δ}$引起

标题: Room temperature ferromagnetism induced by high valence cation V$^{+5}$/V$^{+4}$ substitution in SrFeO$_{3-δ}$

Authors:Rakhi Saha, Koyal Suman Samantaray, P Maneesha, SC Baral, Sachin Sarangi, Rajashri Urkude, Biplab Ghosh, Abdelkrim Mekki, Khalil Harrabi, Somaditya Sen
摘要: 非磁性钒(V)掺杂在螺旋反铁磁材料SrFeO$_{3-\delta}$(SFO)中的结构和磁性效应被研究,重点在于铁位点最多3%的替代。 从X射线衍射(XRD)和拉曼光谱的结构分析,以及声子模式计算的支持下,揭示出纯SFO以四四方-正交相混合存在,而掺杂V的样品则表现出一种新兴的立方相,同时保持四四方对称性。 磁滞回线(M-H)显示在反铁磁基质中表现出显著的铁磁行为,即使在室温下也持续存在。 温度依赖的磁化测量表明,奈尔温度(TN)从70K降至55K,同时场冷(FC)和零场冷(ZFC)数据中的磁化差异增加,反映了由于竞争的铁磁/反铁磁交换相互作用导致的磁性挫败增强。 X射线光电子能谱(XPS)和X射线吸收近边结构(XANES)分析显示,Fe$^{3+}$和V$^{5+}$状态上升,影响了氧空位分布,并在XRD和拉曼结果中观察到相应的结构变化。 多价态的Fe$^{3+}$/Fe$^{4+}$和 V$^{4+}$/V$^{5+}$状态增强双交换(DE)和超交换(SE)相互作用(Fe$^{3+}$-O-Fe$^{4+}$和 Fe$^{3+}$-O-V$^{5+}$),促进铁磁性。 频率依赖的磁化研究显示一个细微的磁化率峰位移,表明钒掺杂样品中存在自旋玻璃样行为。
摘要: The structural and magnetic effects of non-magnetic vanadium (V) doping in helimagnetic SrFeO$_{3-\delta}$ (SFO) are investigated, focusing on up to 3% substitution at the Fe site. Structural analysis from X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy, supported by phonon mode calculations, reveals that pure SFO exists as a mixed tetragonal-orthorhombic phase, while V-doped samples exhibit an emerging cubic phase alongside tetragonal symmetry. Magnetic hysteresis (M-H) loops show notable ferromagnetic behavior within the antiferromagnetic matrix, persisting even at room temperature. Temperature-dependent magnetization measurements indicate a Neel temperature (TN ) shift from 70K to 55K, along with increased magnetization differences in field-cooled (FC) and zero field-cooled (ZFC) data, reflecting heightened magnetic frustration due to competing FM/AFM exchange interactions. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption near-edge structure (XANES) analyses reveal a rise in Fe$^{3+}$ and V$^{5+}$ states, affecting oxygen vacancy distributions and corresponding structural shifts seen in XRD and Raman results. The multivalent Fe$^{3+}$/Fe$^{4+}$ and V$^{4+}$/V$^{5+}$ states enhance double-exchange (DE) and super-exchange (SE) interactions (Fe$^{3+}$-O-Fe$^{4+}$ and Fe$^{3+}$-O-V$^{5+}$), promoting ferromagnetism. Frequency-dependent magnetization studies display a subtle susceptibility peak shift, indicating spin-glass-like behavior in V-doped samples.
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2411.01152 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2411.01152v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.01152
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Somaditya Sen [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2024 年 11 月 2 日 06:33:30 UTC (1,224 KB)
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