ИСТИНА

В настоящей работе проведено детальное исследование эффектов антиструктурного беспорядка и фрустрации на магнитные свойства слоистого антимоната железа натрия Na4FeSbO6 как экспериментальными методами, включая рентгеновскую дифракцию, магнитную восприимчивость, теплоемкость, электронный парамагнитный резонанс, мессбауэровскую спектроскопию и спектроскопию поглощения рентгеновских лучей, так и теоретическими расчетами в рамках теории функционала плотности. Магнитная восприимчивость и удельная теплоемкость показывают, что в отличие от своего изоструктурного аналога треугольного антиферромагнетика Li4FeSbO6 дальний магнитный порядок не устанавливается в Na4FeSbO6 вплоть до самых низких температур. Электронный парамагнитный резонанс и мессбауэровские измерения показывают наличие двух видов ионов Fe3+ в Na4FeSbO6, в то время как XAS спектроскопия поглощения рентгеновских лучей обнаруживает, что они присутствуют в высокоспиновом Fe3+ (S = 5/2) и низкоспиновом Fe3+ (S = 1/2) состояниях. Обнаруженные эффекты являются следствием существенного (до 55%) собственного беспорядка в системе, связанного со случайными взаимозамещениями в магнитоактивных слоях (NaFeSbO6)3- между позициями сурьмы Sb5+ и железа Fe3+ из-за близости их ионных радиусов. Теоретический анализ из первых принципов показал, что характер всех обменов в системе антиферромагнитный, при этом для регулярных позиций длинные Fe-O…O-Fe супер-суперобмены J2 = 3.1 K и J3 = 1.9 K являются слабыми антиферромагнитными, в то время как суперобмен между регулярным и антисруктурным ионами Fe-O-Fe J1 = 61 K - сильный антиферромагнитный, т.е. образуются сильновзаимодействующие магнитные триммеры Fe3+ - Fe3+ - Fe3+. Более того, спиновое состояние ионов железа в антиструктурных позициях (в сурьмяных октаэдрах) меняется с высокоспинового (S=5/2) на низкоспиновое (S=1/2) за счет искажения антиструктурного октаэдра и увеличения энергии расщепления кристаллического поля. Таким образом, в каждом триммере Fe3+(S=5/2) - Fe3+ (S=1/2) - Fe3+ (S=5/2), в котором средний ион является антиструктурным, будет вероятно происходить ферримагнитное спиновое упорядочение, которое приводит к спиновому моменту 9 B на тример. Образование таких ферримагнитных тримеров становится возможным из-за наличия антиструктурных дефектов и ведет к увеличению намагниченности и наблюдаемой аномальной положительной температуре Кюри-Вейсса.