Unoccupied electronic structure of TiOCl studied using x-ray absorption near-edge spectroscopy
Unoccupied electronic structure of TiOCl studied using x-ray absorption near-edge spectroscopy
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使用 X 射线吸收近边光谱研究 TiOCl 的未占据电子结构
DOI：
10.1088/0953-8984/24/25/255602
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发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
R. Claessen
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
S. Glawion;M.W. Haverkort;G. Berner;M. Hoinkis;G. Gavrila;R. Kraus;M. Knupfer;M. Sing;R. Claessen
低维量子自旋系统通常具有丰富的相图，特别是当它们涉及磁阻挫时。如果强的电子相关性也很重要，由于部分填充的d或f壳层，自旋，电荷，轨道和晶格自由度之间将存在强烈的相互作用。在这样的系统中，像X射线吸收光谱（XAS）这样的方法，尽管它只测量未占据的态密度（DOS），因此提供了关于所有自由度的有价值的信息，而不仅仅是电子自由度。图1显示了层状过渡金属卤氧化物TiOCl的晶体结构。它有一个spin-Peierls（SP）基态，即由于晶格和自旋之间的主要耦合而产生的二聚相[1]。然而，这种状态是通过两个连续的相变以非常规的方式达到的[2-4]。也就是说，在降低温度时，在Tc 2 = 91 K处观察到磁化率的扭结，并且在X射线衍射（XRD）中发现无公度峰。在Tc 1 = 67 K时，磁化率急剧下降并显示滞后，同时XRD峰锁定在相称（hkl）位置，即Ti离子的二聚化完成[5]。这种连续的二阶和一阶相变信号的非正则字符的SP过渡在TiOCl。虽然在高温（室温及以上）下的电子结构已经通过理论[6-10]和实验[11-15]进行了深入研究，但低温相还没有
Low-dimensional quantum spin systems often have a rich phase diagram, especially when they involve magnetic frustration. If strong electronic correlations are also important due to partially filled d or f shells there will be strong interplay between spin, charge, orbital, and lattice degrees of freedom. In such systems a method like x-ray absorption spectroscopy (XAS), although it measures only the unoccupied density of states (DOS), thus gives valuable information about all degrees of freedom, not only the electronic ones. Figure 1 shows the crystal structure of the layered transition metal oxyhalide TiOCl. It has a spin–Peierls (SP) ground state, ie a dimerized phase due to dominant coupling between lattice and spin [1]. This state is reached, however, in an unconventional fashion by two consecutive phase transitions [2–4]. That is, upon lowering the temperature a kink in the magnetic susceptibility is observed at Tc2= 91 K, and incommensurate peaks are found in the x-ray diffraction (XRD). At Tc1= 67 K the susceptibility has a sharp drop and shows hysteresis, concomitant with a lock-in of the XRD peaks at commensurate (hkl) positions, ie the dimerization of Ti ions is completed [5]. This succession of a second-order and a first-order phase transition signals the non-canonical character of the SP transition in TiOCl. While the electronic structure at elevated temperatures (room temperature and above) has been investigated intensively via both theory [6–10] and experiment [11–15], the low-temperature phases are not
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