Магнитные взаимодействия в сильно коррелированных электронных системах на основе 3d элементов (1103558), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Проанализировав температурную зависимость параметра теплового смещения, авторывысказали гипотезу о статическом смещении гостевого атома в данном соединении. Далее в соединениях LaFe4Sb12 и NaFe4Sb12 приводятся данные ЯМРисследований на ядрах139La и23Na соответственно, которые однозначно пока-зывают существование двух неэквивалентных позиций ядра 139La в соединенииLaFe4Sb12. и одной неэквивалентной23позицииядраNa в NaFe4Sb12.Во втором разделеприведены данные ЯКР эксперимента на ядрах сурьмыдля LaFe4Sb12, CaFe4Sb12 иNaFe4Sb12, основным результатом которого являетсяналичие сателлитных линийу каждой из пяти основныхлиний в спектре ЯКР уРис. 5. Линии ν 2 ЯКР спектра 121Sb в LaFe4Sb12,NaFe4Sb12 и CaFe4Sb12. Для спектра каждого соединенияLaFe4Sb12 и CaFe4Sb12. Сателлитная структура линиичастотная ось сдвинута на значение ν 2 этогоν2соединения. Стрелки указывают позицию сателлитных121линий.(переход±5 ↔±3 )22Sb представлена на рис.
5.Для объяснения на-11личия сателлитов у линий ЯКР переходов были использованы следующие соображения: (i) частота квадрупольного перехода зависит от электронного окружения ядра - параметров градиента электрического поля (ГЭП); (ii) Для кристаллографически эквивалентных позиций ядра электронное окружениеэквивалентно; (iii) В пространственной группе Im3 , характерной для скуттерудитов [8], имеется только одна кристаллографически неэквивалентная позициясурьмы. Следовательно, в данных соединениях наличие дополнительных линийобусловлено отклонением структуры соединений LaFe4Sb12 и CaFe4Sb12 отисходной.Рассматриваются две возможные причины отклонения симметрии отисходной: наличие вакансий и понижение локальной симметрии соединений засчёт смещения положения отдельных атомов.
Гипотеза о наличии вакансийпротиворечит результатам рентгеноструктурного анализа. Анализ спектра проводится в рамках гипотезы о смещении отдельных атомов. Приводится таблица(табл. 1) в которой пространственная группа и количество неэквивалентных по-зиций сурьмы связано с направлением смещения гостевого атома.Таблица 1Изменение симметрии пространственной группы при различных направленияхсмещения гостевого атома в наполненных скуттерудитах1НаправлениеПространственная Числосмещениягруппалентных позиций Sb зиций(0,0,0)204 - Im3112(0,0,1)44 - Imm254:2:2:2:2(1,1,0)8 - Cm82:2:1:1:1:1:2:2(1,1,1)146 - R343:3:3:31неэквива- Заполнение по-Приведённые данные относятся только к смещению отдельного атома в пределах элементарнойячейки.
Поскольку ~50% атомов не смещаются (это следует из существования центральной линии в ЯКР спектре сурьмы), пространственная группа кристалла в целом не меняется.12Наличие пяти сателлитов свидетельствует о наличии 5 неэквивалентныхатомов сурьмы. Это возможно при смещении «гостевого» атома только вдольнаправления (0,0,1).Для определения величины смещения были произведены ab-initio расчеты методом DFT-LAPW в программе Wien2k. Результаты расчетов и их сопоставления с экспериментальными данными приведены на рис.
6. По оси абсцисс отложено смещение гостевого атома в единицах параметра решётки, пооси ординат – «размах» подструктуры, то есть нормированная разность частотвысокочастотной и низкочастотной линии подструктуры. Пересечение с величинамиэксперименталь-ных данных (горизонтальныелинии)происходитпри смещениях гостевыхатомов на 0.01 параметракристаллической решеткидляLaFe4Sb12иCaFe4Sb12. Это означает,что смещение гостевогоатома La приблизительноРис. 6. Расчет частот линий подструктуры 121Sb вравно 0.1 Å.зависимости от величины смещения гостевого атома иВыполненные рас-сравнение с экспериментальными данными.
По оси Х –четы показывают, что длясмещение гостевого атома в единицах параметра решётки.Fmax и Fmin – максимальная и минимальная частота линийподструктуры. Fс – частота центральной линии.смещения La на 0.0075а(табл. 1) значение ГЭП впозицииLaсоставляет~ 0.005 1021 В⁄м2. В этом случае самый высокочастотный ЯКР-переход±5/2 ↔ ±7/2 (линия ν3) ядра 139La имеет частоту ~ 5 кГц, что соответствует ~7 Эна спектре ЯМР и, следовательно, не приводит к видимому квадрупольномурасщеплению ЯМР-линии La.13Пятая глава посвящена исследованию изоструктурных соединенийFeSb2 и RuSb2. В первом разделе главы приводится кристаллическая структура данных соединений.
На основе её анализа приводится схема зонной структуры, основными особенностями которой являются: сильное ковалентное взаимодействие между атомами Fe(Ru) и Sb и наличие узкой запрещенной зоны [9].В следующем разделе приведены результаты ab-initio квантовомеханических расчетов электронной зонной структуры соединений FeSb2 и RuSb2 наоснове Теории Функционала Плотности (ТФП) с помощью метода Линеаризованных Присоединенных Плоских Волн (LAPW) в программном пакетеWien2k. На рис. 7 представлена рассчитанная плотность состояний g(E) дляобоих соединений. Основной вклад в плотность состояний вносят 3d-состоянияFe и 5sp-состояния Sb в соединении FeSb2 и 4d-состояния Ru и 5sp-состоянияSb в соединении RuSb2.
Вид функции g(E) для материала FeSb2 хорошо согласуется с результатами, представленными в работе [10], за исключением небольшой области вблизи уровня энергии Ферми (см. вставку на рис. 7). С помощью проведенных в диссертационной работе расчетов получены небольшиевеличины ширины энергетической щели в соединении, содержащем железо:Eg = 0,083 эВ (946 К), и в соединении, содержащем рутений: Eg = 0,19 эВ(2166 К).Рис. 7. Плотность состояний в FeSb2 (слева) и RuSb2 (справа).Вставки: увеличенныйрегион g(E) вблизи уровня Ферми (0 eV).14Далее представлены результаты ЯКР-спектроскопии FeSb2 и RuSb2.Анализ полученных спектров показал значительное различие между параметром асимметрии η у FeSb2 (η = 0.43) и RuSb2 (η = 0.62), что может отражатьнеодинаковую степень гибридизации орбиталей Fe(Ru)-Sb в этих материалах.Аппроксимация температурной зависимости частот ЯКР показало необычноеанизотропное температурное изменение связей и углов Fe-Sb в FeSb2.Наиболее важную информацию об электронной структуре и свойствахсоединений FeSb2 и RuSb2 можно получить, рассматривая ядерную спинрешеточную релаксацию (ЯСРР) в сурьме.
Полученные для изотопа123Sb зна-чения скоростей релаксации спинов 2W = 1/T1 для соединений FeSb2 и RuSb2представлены на рис. 8 в виде функций температуры. Температурная зависимость 1/T1 состоит из двух различных частей: при высоких температурах (ВТ,выше 40 K) кривая 1/T1 резко возрастает с температурой, но различным для каждого из соединений FeSb2 и RuSb2 способом. В низкотемпературной области(НТ, ниже 40 K) для обоих соединений можно наблюдать удивительно похожиетемпературные зависимостис пологим максимумом вокрестноститемпературы10 K, что дает основаниепредполагать наличие уровней в запрещенной зоне. Этиособенности подробно проанализированы в следующем разделе.Для анализа поведеРис.
8. Температурная зависимость скорости спинрешеточной релаксации ядра123Sb для резонанснойлинии ν2 в FeSb2 и RuSb2. Сплошная линия – лучшаяаппроксимация по формуле (2), (см. ниже).ния спин решеточной релаксации была взята за основумодель “Узкая зона – малаяэнергетическая щель”. Эта15модель широко применяется для анализа экспериментальных данных, полученных при исследовании коррелированных узкозонных 3d и 4f Кондо-изоляторов:FeSi, SmB6 и др. В этой модели предполагается существование двух узкихпрямоугольных пиков шириной W, разделенных энергетической щелью размером 2∆, в центре которой расположен уровень Ферми. С помощью этой моделиможно с хорошей точностью аппроксимировать температурную зависимостьмагнитной восприимчивости в соединении FeSb2. Применяя эту модель дляанализа экспериментальных данных при исследовании зависимости 1/T1 изотопа 123Sb, мы получили величину ∆ = 430(40) K, очень близкую к рассчитанномузначению (∆calc = 473 К), а также хорошо согласующуюся с результатами, представленными в соответствующей литературе [11].Ключевой недостаток простой модели “Узкая зона – малая энергетическая щель” по отношению к соединению FeSb2 состоит в том, что с помощьюнее нельзя объяснить наблюдаемый для Sb при низких температурах максимумкривой 1/T1.
Недавно был обнаружен подобный максимум зависимости 1/T1(T)для изотопа11B в соединении SmB6 при температуре от 4 до 10 K, зависящейот приложенного магнитногоεполя [12]. Авторы [12] выскаWε F ,LTδδчто существование уровней в∆wзали предположение о том,запрещенной зоне, обуслав-ε F ,HTливает∆низкотемпературноеповедениерелаксациивSmB6.WДляколичественногоTописания исходных данных,Рис. 9. Модель зонной структуры с дополнительнойкасающихся скорости релак-зоной внутри щели для FeSb2 (см. текст).сации 1/T1 ядерно-спиновойLTMTHTподрешетки изотопа16123Sb,была использована модифицированная модель “Узкая зона – малая энергетическая щель” (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
