Магнитная восприимчивость и NEXAFS спектры ниобата висмута со структурой пирохлора, допированного магнием и железом

Н.А. Жук, Б.А. Макеев ORCID logo , С.В. Некипелов, Р.И. Королев, А.А. Уткин, Г.И. Черных показать трудоустройства и электронную почту
Получена 29 августа 2020; Принята 21 октября 2020;
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: Н.А. Жук, Б.А. Макеев, С.В. Некипелов, Р.И. Королев, А.А. Уткин, Г.И. Черных. Магнитная восприимчивость и NEXAFS спектры ниобата висмута со структурой пирохлора, допированного магнием и железом. Письма о материалах. 2021. Т.11. №1. С.67-72
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-1-67-72

Аннотация

В твердых растворах ниобата висмута-магния атомы железа находятся в зарядовом состоянии Fe3+.Соединения со структурой пирохлора вызывают неиссякаемый интерес ученых в связи с проявлением широкого спектра практически полезных свойств, среди которых диэлектрические, фотокаталитические, магнитные. В представленной работе показаны результаты исследования методами NEXAFS и статической магнитной восприимчивости электронного состояния и характера межатомных взаимодействий атомов железа в сложном ниобате висмута со структурой пирохлора (пр. гр. Fd-3m). Твердофазным методом синтезированы железосодержащие твердые растворы состава Bi2MgNb2−2xFe2xO9−δ (х ≤ 0.06) co структурой пирохлора. Постоянная решетки разбавленных твердых растворов незначительно изменяется с ростом содержания железа и близка параметру ниобата висмута-магния. По данным рентгеновской спектроскопии и магнитной восприимчивости атомы железа распределяются преимущественно в октаэдрические позиции ниобия (V) и в доминирующем количестве находятся в зарядовом состоянии Fe (III) в форме мономеров и высоконуклеарных обменносвязанных кластеров преимущественно с антиферромагнитным типом обмена. Проведен расчет параметров обменных взаимодействий в кластерах и распределения парамагнитных атомов железа в зависимости от концентрации твердых растворов Bi2MgNb2−2xFe2xO9−δ. Наилучшее согласие экспериментальных и расчетных значений парамагнитной составляющей магнитной восприимчивости для твердых растворов Bi2MgNb2−2xFe2xO9−δ достигнуто при следующих значениях параметров антиферромагнитного обмена в димерах Jдим= −25 см−1, в тримерах Jтрим = −14 см−1 и тетрамерах Jтетр = −9 см−1 и ферромагнитного обмена в димерах — Jдим = 20 см−1, в тримерах Jтрим =16 см−1 и тетрамерах Jтетр =11 см−1.

Ссылки (26)

1. G. Giampaoli, T. Siritanon, B. Day, J. Li, M. A. Subramanian. Prog. Sol. St. Chem. 50, 16 (2018). Crossref
2. F. Matteucci, G. Cruciani, M. Dondi, G. Baldi, A. Barzanti. Acta Mater. 55, 2229 (2007). Crossref
3. M. A. Subramanian, G. Aravamudan, G. V. Subba Rao. Prog. Sol. St. Chem. 15, 55 (1983). Crossref
4. Z. Hiroi, J.-I. Yamaura, S. Yonezawa, H. Harima. Physica C: Superconductivity and Appl. 460 - 462, 20 (2007). Crossref
5. Z. Zou, J. Ye, H. Arakawa. Mater. Sci. Engineer.: B. 79, 83 (2001). Crossref
6. R. A. McCauley. J. Appl. Phys. 51, 290 (1980). Crossref
7. C. C. Khaw, K. B. Tan, C. K. Lee, A. R. West. J. Eur. Ceram. Soc. 32, 671 (2012). Crossref
8. M. Valant, D. Suvorov. J. Am. Ceram. Soc. 88, 2540 (2005). Crossref
9. T. A. Vanderah, T. Siegrist, M. W. Lufaso, M. C. Yeager, R. S. Roth, J. C. Nino, S. Yates. Eur. J. Inorgan. Chem. 2006, 4908 (2006). Crossref
10. M. C. Blanco, D. G. Franco, Y. Jalit, E. V. Pannunzio Miner, G. Berndt, Jr. A. Paesano, G. Nieva, R. E. Carbonio. Phys. B: Cond. Mat. 407, 3078 (2012). Crossref
11. Y. Zhang, Z. Zhang, X. Zhu, Z. Liu, Y. Li, T. Al-Kassab. Appl. Phys. A. 115, 661 (2013). Crossref
12. Y. X. Jin, L. X. Li, H. L. Dong, S. H. Yu, D. Xu. J. Alloys Comp. 622, 200 (2015). Crossref
13. P. Y. Tan, K. B. Tan, C. C. Khaw, Z. Zainal, S. K. Chen, M. P. Chon. Ceram. Intern. 40, 4237 (2014). Crossref
14. Q. Guo, L. Li, S. Yu, Z. Sun, H. Zheng, W. Luo. J. Alloys Comp. 767, 259 (2018). Crossref
15. A. Hassan, G. M. Mustafa, S. K. Abbas, S. Atiq, M. Saleem, S. Riaz, S. Naseem. Ceram. Intern. 45, 14576 (2019). Crossref
16. Q. Guo, L. Li, S. Yu, Z. Sun, H. Zheng, J. Li, W. Luo. Ceram. Intern. 44, 333 (2018). Crossref
17. S. Yu, L. Li, H. Zheng. J. Alloys Comp. 699, 68 (2017). Crossref
18. L. G. Akselrud, Yu. N. Grin, P. Yu. Zavalii, V. K. Pecharski, V. S. Fundamentski. CSD, an universal program package for single crystal and / or powder structure data treatment. Twelfth European Crystallogr. Meeting, Collected Abstracts. Moscow (1989).
19. J. Stohr. NEXAFS Spectroscopy. Springer, Berlin (1992). Crossref
20. R. D. Shannon. Acta Crystallogr. А. 32, 751 (1976). Crossref
21. T. J. Regan, H. Ohldag, C. Stamm, F. Nolting, J. Luning, J. Stöhr, R. L. White. Phys. Rev. B. 64, 214422 (2001). Crossref
22. N. A. Zhuk, M. V. Yermolina, V. P. Lutoev, B. A. Makeev, E. A. Belyaeva, N. V. Chezhina. Ceram. Intern. 43, 16919 (2017). Crossref
23. N. A. Zhuk, V. P. Lutoev, B. A. Makeev, N. V. Chezhina, V. A. Belyy, S. V. Nekipelov. Rev. Adv. Mater. Sci. 57, 35 (2018). Crossref
24. N. V. Chezhina, N. A. Zhuk. Russ. J. Gen. Chem. 85, 2520 (2015). Crossref
25. V. G. Kalinnikov, Yu. V. Rakitin. Introduction to Magnetochemistry. Method of Static Magnetic Susceptibility in Chemistry. Nauka, Moscow (1980) 302 p. (in Russian) [В. Г. Калинников, Ю. В. Ракитин. Введение в магнитохимию. Метод статистической магнитной восприимчивости в химии. Наука, Москва (1980) 302 с.].
26. D. Goudenath. Magnetism and chemical bonding. Moscow, Metallurgiya (1968). (in Russian) [Д.Б. Гуденаф. Магнетизм и химическая связь. Москва, Металлургия (1986).].

Другие статьи на эту тему