缺乏長程磁有序的三鈦礦高熵氧化物(Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)Ta1.92O6

核心概念

(Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)Ta1.92O6這種三鈦礦高熵氧化物缺乏長程磁有序,但表現出短程反鐵磁相互作用。

摘要

本文報告了首次發現的三鈦礦結構高熵氧化物(Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)Ta1.92O6。通過粉末X射線衍射和能量色散光譜分析,確認了該材料具有高熵特性和三鈦礦結構。磁性測量顯示,該材料在高溫下表現為順磁行為,但在約4 K以下出現短程反鐵磁有序。比熱測量進一步證實了缺乏長程磁有序,可能是由於晶格振動激發所致。X射線光電子能譜分析表明,材料中存在二價Mn、Co、Ni和Cu以及三價Fe。基於晶體結構分析,提出了可能的短程磁超交換機制,解釋了觀察到的短程磁有序。總的來說,這種首次發現的三鈦礦高熵氧化物為探索高熵材料的磁性提供了新的研究平台。

統計資料

磁化率-溫度曲線在150-275 K範圍內符合修正的Curie-Weiss定律,得到反鐵磁耦合溫度θCW = -19.6(2) K。
在2 K、10 K和300 K下,磁化率-磁場曲線均未飽和,表明缺乏長程鐵磁有序。
比熱測量未觀察到長程磁有序的λ型異常,但在約4 K附近出現一個寬峰,可能源於低溫聲子激發。

引述

"(Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)Ta1.92O6是首次發現的三鈦礦結構高熵氧化物,為探索高熵材料的磁性提供了新的研究平台。"
"磁性測量顯示,該材料在高溫下表現為順磁行為,但在約4 K以下出現短程反鐵磁有序。"
"比熱測量未觀察到長程磁有序的λ型異常,但在約4 K附近出現一個寬峰,可能源於低溫聲子激發。"

從以下內容提煉的關鍵洞見

Absence of Long-Range Magnetic Ordering in a Trirutile High-Entropy Oxide (Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)Ta1.92O6

by Gina Angelo,... 於 arxiv.org 10-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2405.15501.pdf

深入探究

(Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)Ta1.92O6這種三鈦礦高熵氧化物的晶格失配和缺陷如何影響其磁性?

在(Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)Ta1.92O6這種三鈦礦高熵氧化物中，晶格失配和缺陷對其磁性有顯著影響。首先，晶格失配會導致原子排列的無序性，這種無序性會影響磁性超交換相互作用的強度和範圍。由於高熵氧化物中存在多種過渡金屬離子（如Mn、Fe、Co、Ni和Cu），這些金屬離子的不同氧化態和電子結構會導致短程反鐵磁相互作用的出現，而不是長程磁有序。具體來說，缺陷和晶格失配可能會導致某些超交換通道的中斷，從而抑制長程磁有序的形成。此外，這些缺陷可能會引入局部的磁性不均勻性，進一步影響材料的整體磁性行為。因此，晶格失配和缺陷的存在使得(Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)Ta1.92O6表現出短程反鐵磁性，而缺乏長程磁有序。

如何通過化學掺雜或外加壓力等手段調控這種高熵氧化物的磁性?

調控(Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)Ta1.92O6的磁性可以通過化學掺雜和外加壓力等手段來實現。化學掺雜可以引入不同的過渡金屬離子或改變其氧化態，這將影響材料的電子結構和磁性超交換相互作用。例如，掺雜其他金屬（如Cr或V）可能會改變系統中的電子填充情況，從而調整反鐵磁和鐵磁相互作用的平衡。此外，改變掺雜元素的濃度也可以調整材料的磁性行為。另一方面，外加壓力可以改變晶格參數和原子間距，從而影響超交換相互作用的強度。這些方法可以用來探索和優化高熵氧化物的磁性特性，進而實現對其磁性行為的精確控制。

這種高熵氧化物的磁性特性是否可以應用於下一代記憶和自旋電子器件?

(Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2)Ta1.92O6的磁性特性確實具有潛在的應用於下一代記憶和自旋電子器件的可能性。由於其短程反鐵磁性和無長程磁有序的特性，這種材料可以用於開發新型的磁性記憶體，如自旋閘（spintronic）器件，這些器件利用電子的自旋來存儲和處理信息。高熵氧化物的高配置無序性和多樣的磁性行為使其在自旋電子學中具有獨特的優勢，能夠實現更高的數據存儲密度和更快的操作速度。此外，這些材料的抗氧化和耐腐蝕性也使其在實際應用中更具吸引力。因此，進一步研究和開發這類高熵氧化物的磁性特性將有助於推動自旋電子器件的進步。