轨道序和巡游性对尖晶石结构钒氧化物AV2O4 (A = Mn,Fe, Co) 物性影响的研究

在尖晶石钒基氧化物AV_2O_4中,因为自旋阻挫、轨道序、巡游性等独特的内禀属性间存在着相互合作和竞争,所以该体系常常表现出复杂而有趣的物理现象。通过对A位磁性离子的调控,我们详细研究该体系中不同物性的起源,比如磁相变与结构相变的不同起因,局域和巡游电子的交叉行为等等。我们以Mn_(1-x)Co_x V_2O_4和Fe_(1-x)Co_x V_2O_4体系为研究对象,通过变温X射线衍射、磁化率、比热和中子散射等测试手段,结合第一性原理计算,对其物性起源进行了详细的研究。我们发现:(i)在低Co2+离子掺杂时,体系受到局域V~(3+)离子以及A位Fe~(2+)离子的轨道序作用,往往会在磁有序附近伴随着结构相变的出现,以至于弱化体系中钒离子独立形成的四面体造成的几何阻挫。这也说明Co~(2+)离子低掺杂下,该体系有着强的自旋–晶格耦合;(ii)在高Co~(2+)离子掺杂时,由于巡游性的增强,轨道序的弱化,JAB交换相互作用增强,体系也表现出明显的磁各向同性。因此磁相变温度向更高的温度移动,而结构相变温度向低温移动甚至消失。

The orbital-ordering and itinerancy effects on the physical properties in AV2O4 (A = Mn,Fe, Co)