Magnetocrystalline and structural phase transitions of compounds MOCl (M = Ti, V, Cr, Fe) in dependence on pressure and temperature.

MOCl 化合物(M = Ti、V、Cr、Fe)的磁晶和结构相变与压力和温度的关系。

基本信息

项目摘要

Compounds MOCl (M = Ti, V, Cr, Fe) are isostructural layered compounds, in which the M3+ ions possess a magnetic moment that is unique for each element. Compounds MOCl with M = V, Cr or Fe develop antiferromagnetic order with strong magnetoelastic coupling and incommensurate and commensurate superstructures at low temperatures. TiOCl supports strong magnetic exchange interactions along chains of Ti3+ ions only. The behavior of TiOCl is essentially different from the behavior of the other MOCl because of these quasi-1-dimensional (1D) magnetic chains: TiOCl undergoes a transition to a spin-Peierls state at low temperatures. On increasing pressure, structural phase transitions occur which are related to the optimization of the packing of chlorine atoms in the VanderWaals gap between the layers MOCl. This project proposes to determine the pressure dependence of the magnetocrystalline phase transitions of MOCl (M = V, Cr, Fe) by X-ray diffraction experiments in dependence on temperature and pressure. Next to the pressure dependence of the transition temperature, diffraction experiments will provide the pressure dependence of the structural distortions of the magnetically ordered phases. Magnetostructural transitions of the high-pressure phases will be investigated by low-temperature diffraction experiments at pressures higher than 15 GPa. The pressure dependence of the modulated crystal structure of CrOCl offers the unique possibility to determine magnetostructural order in dependence on this modulation. Previous work has revealed, that at room temperature the spin-Peierls and structural transitions of TiOCl both occur at a pressure of ~15 GPa. Temperature- and pressure dependent X-ray diffraction will be used to determine the pressure dependence of the spin-Peierls transition. The influence of the structural transition on the magnetostructural order will be investigated at higher pressures. The experimental results will contribute to the understanding of the interaction between magnetism and crystal structure. An important aspect is, that the magnetic moment and occupied orbitals can be varied within a single structure type through the choice of M = Ti, V, Cr, Fe, while pressure allows a continuous variation of the crystal structure, including a continuously increasing modulation.
化合物MOCl(M = Ti、V、Cr、Fe)是同构层状化合物,其中M3+离子具有对每个元素唯一的磁矩。化合物MOCl与M = V,Cr或Fe发展反铁磁有序与强磁弹性耦合和无公度和公度的超结构在低温下。TiOCl仅支持沿Ti 3+离子的沿着链的强磁交换相互作用。由于这些准一维(1D)磁链,TiOCl的行为与其他MOCl的行为有本质的不同:TiOCl在低温下经历到自旋Peierls态的转变。在增加的压力,结构相变的发生,这是有关的层MOCl之间的范德华间隙中的氯原子的包装的优化。本项目提出通过X射线衍射实验确定MOCl(M = V,Cr,Fe)的磁晶相变的压力依赖性,该实验依赖于温度和压力。在转变温度的压力依赖性之后,衍射实验将提供磁有序相的结构畸变的压力依赖性。高压相的磁结构转变将在高于15 GPa的压力下通过低温衍射实验进行研究。CrOCl的调制晶体结构的压力依赖性提供了独特的可能性,以确定依赖于这种调制的磁结构顺序。先前的工作已经揭示,在室温下,TiOCl的自旋Peierls和结构转变都发生在~15 GPa的压力下。温度和压力相关的X射线衍射将被用来确定自旋佩尔斯转变的压力依赖性。将在较高的压力下研究结构转变对磁结构有序性的影响。实验结果将有助于理解磁性与晶体结构之间的相互作用。一个重要的方面是,通过选择M = Ti、V、Cr、Fe,磁矩和占据轨道可以在单一结构类型内变化,而压力允许晶体结构的连续变化,包括连续增加的调制。

项目成果

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