Магнитное состояние кобальта в слоистом халькогениде Fe4Co3Se8

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ю. В. Пискунов

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

Author for correspondence.
Email: piskunov@imp.uran.ru
Russian Federation, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

В. В. Оглобличев

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

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

А. Ф. Садыков

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

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

А. П. Геращенко

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН

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

Н. В. Селезнева

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

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

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Unit cell of the 3C superstructure of the compound Fe₄Co₃Se₈. The dotted lines show the basic unit cell.

Download (282KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Diffraction pattern of the compound Fe₄Co₃Se₈. Symbols are experimental values, solid line is calculation, at the bottom is the difference curve between the observed and calculated intensities. The dashes indicate the position of reflections in the structure described by the space group P3₁21.

Download (98KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Temperature dependence of magnetic susceptibility χ(T) in Fe₄Co₃Se₈. Lower inset – temperature dependence of derivative dχ/dT. Upper inset – dependence of χ(T) in paramagnetic state of Fe₄Co₃Se₈. Dashed line – result of approximation of experimental data by expression χ(T) = C/(T – TC) + χ₀.

Download (95KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. NMR spectra of ⁵⁹Co nuclei in a polycrystalline sample of Fe₄Co₃Se₈ in a magnetic field of H0 = 92.8 kOe at different temperatures in the region of magnetically ordered and paramagnetic states (a). NMR spectrum of ⁵⁹Co at T = 350 K, the dashed line is the result of modeling (b).

Download (139KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Temperature dependence of the magnetic shift of ⁵⁹Co nuclei Kiso in Fe₄Co₃Se₈; the inset shows the dependence Kiso(χ) with temperature as a parameter, approximated by a straight line.

Download (66KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the quantities (M₀ – Mz(tᵢₙᵥ))/(M₀ – Mz(tᵢₙᵥ = 0)) and Mz(tᵢₙᵥ)/M₀ (in the inset) on tᵢₙᵥ in the compound Fe₄Co₃Se₈ at T = 300 K, solid lines are the result of data approximation by expression (a). Temperature dependence of the nuclear spin-lattice relaxation rate T₁⁻¹. Straight line is the approximation of data by a straight line (b).

Download (138KB)
Indexing metadata