Шпинели состоят из плотно переполненных, очень симметрических самолетов атомов кислорода (несколько как плотно упакованная коробка мрамора), где различные металлические элементы поселены в местах между ними. Очень много различных типов комплексов возникают в результате, которые используются в отраслях промышленности экстракта и как огнеупорные и магнитные материалы.
Вложенные металлические ионы в системе шпинели Ni1-xCuxCr2O4 вызывают искажение кристаллической структуры. Кроме того, они также показывают магнитные моменты из-за геометрической структуры, которая не может быть ориентирована, как они иначе были бы.
В результате захватывающий новый температурно-зависимый заказ возникает. Команда HZB теперь всесторонне проанализировала систему шпинели хрома и объяснила сложную диаграмму фазы на фундаментальном уровне впервые.
Подготовка серии образцовЧтобы подготовить экземпляры высокой чистоты с точными пропорциями никеля и меди, Майкл Товэр сначала должен был значительно улучшить метод подготовки. Ряд начинается с образцов чистой шпинели хрома никеля (x=0; зеленый порошок), и продолжает увеличивающиеся пропорции меди.
Это заставляет образцы быть все более и более темными. С медной пропорцией в 100% в конце порошок черный. Порошки состоят из маленького кристаллического зерна, диаметры которого между 30 и 50 микронами. Захватывающая вещь об этой серии смешанных кристаллов состоит в том, что никель или медные атомы сидят в том, что упоминается как четырехугольные места кристаллической структуры.
Из-за их различных конфигураций электронов, эти tetrahedra становятся удлиненными вдоль кристаллографической c-оси для никеля, в то время как для меди они сжаты (Эффект Jahn-кассира). Искажением кристаллической структуры можно таким образом управлять, который в свою очередь имеет эффект на магнитный заказ.Диаграмма фазы между 2 и 900 Келвином
Используя эксперименты рассеивания нейтрона в ЧАСТОТЕ ОШИБОК ПО БИТАМ II реакторов исследования, Манфред Рихуис и Майкл Товэр были успешны в определении структурных и магнитных свойств для каждого из смешанных кристаллических экземпляров, законченных вполне широкий диапазон температур от близости нулевой пункт шкалы температур Келвина к вышеупомянутым 900 K. Эти два ученых обнаружили новый магнитный заказ и смогли впервые создать полную диаграмму фазы системы. Это показывает, что кристаллическая структура кубическая (три прямых угла, три равных края) при высоких температурах, так как кинетическая энергия атомов все еще подавляет эффект Jahn-кассира, и магнитный заказ не может стать установленным. Когда температура уменьшается, эффект Jahn-кассира выдвигается и вызывает сокращение кристаллической симметрии первоначально к четырехугольному (три прямых угла, два равных края), и наконец призматический (три прямых угла, три неравных края).
Новые магнитные фазыТо, что интересно, – то, что магнитные фазы только происходят в призматической структуре, которая находится далеко ниже комнатной температуры для чистой шпинели никеля, а также для медной шпинели. «Мы смогли впервые определить магнитные особенности точно и таким образом доказать, что есть отношения между условиями для магнитного заказа и кристаллических структур. Это было вопросом, что физики были озабочены больше 50 лет», объясняет Манфред Рихуис.
Полуостров призматического государстваВ отношении смеси 85%-го никеля и 15%-й меди, система шпинели показывает своего рода узкий полуостров призматического государства в диаграмме фазы где наблюдаемый [Anm. des Ubers.: «нормальный»?] отношения кристаллической симметрии и магнетизма кратко ломаются. Вопреки тому, что было принято до сих пор, причина этого – искажение никеля и медных четырехгранников на уровне 90 ° друг другу, а не в том же самом направлении. Это приводит не к взаимной отмене искажений в этом отношении смешивания, но вместо этого в максимальном искажении структуры. «Атомы не просто сферы.
Они делают сумасшедшие вещи, особенно когда они находятся в геометрической системе как кристалл, а не в изоляции», говорит Майкл Товэр.