Temperature dependent magnetic order in FeOCl type compounds

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Zhang, Jian:
Temperature dependent magnetic order in FeOCl type compounds.
Bayreuth , 2014 . - 4, IV, 177 S.
( Dissertation, 2014 , Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik)

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Abstract

The present work reports on the behaviors of temperature-dependent magnetic order of the transition-metal oxychlorides MOCl (M = Ti, Cr, Fe); further studies were performed on scandium-doped TiOCl and sodium-intercalated TiOCl. Single crystals of MOCl were grown by the chemical vapor phase transport method. At ambient condition, all compounds MOCl are isostructural with the orthorhombic space group Pmmn. They have a layered structure with each of the MOCl slabs containing a double MO layer sandwiched between Cl layers on each side. The slabs of MOCl are stacked along the lattice direction c and separated by van der Waals gaps. Within the MO layers, electrons on neighboring M atoms in a chain along b interact via direct exchange; moreover, interactions of the electrons may also exist between M atoms on neighboring chains by direct exchange, as well as by M-O-M superexchange. The different magnetic behaviors of MOCl are related to the different numbers of 3d electrons of M3+.

Abstract in weiterer Sprache

Die vorliegende Arbeit behandelt das temperaturabhängige Verhalten der magnetischen Ordnung der Übergangsmetalloxychloride MOCl (M = Ti, Cr, Fe); weitere Untersuchungen wurden an Scandium-dotiertem TiOCl und an Natrium-interkaliertem TiOCl durchgeführt. MOCl-Einkristalle wurden mittels chemischen Transports in der Gasphase gezüchtet. Alle Verbindungen MOCl sind bei Normalbedingungen isostrukturell in der orthorhombischen Raumgruppe Pmmn. Sie zeigen Schichtstrukturen, die aus MOCl-Scheiben aufgebaut sind. Jede dieser Scheiben besteht aus einer MO-Doppelschicht, die auf beiden Seiten von Cl-Schichten umgeben ist. Diese MOCl-Scheiben sind dann entlang der Gitterrichtung c gestapelt und durch van der Waals-Lücken voneinander getrennt. In den MO-Schichten wechselwirken Elektronen benachbarter M-Atome in den Ketten entlang b über direkten Austausch; darüberhinaus kann es auch zu einer Wechselwirkung der Elektronen zwischen den M-Atomen benachbarter Ketten kommen, sowohl als direkter Austausch, als auch als M-O-M Superaustausch. Das unterschiedliche magnetische Verhalten dieser Verbindungen hängt mit der unterschiedlichen Zahl der 3d Elektronen in MOCl zusammen.