Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

Abstrak :
[Fe3O4 is a half-metallic ferrimagnet material with TC = ~860 K. In bulk form the saturated magnetization is about 0.6 Tesla. Recent studies of Fe3O4 thin films show that the saturated magnetization of such thin films turns to be much higher than 0.6 Tesla. The origin of the giant magnetization is still under debate. Some experimental data show that the giant enhancement is due to spin-flipping of Fe3+ in tetrahedral sites assisted by oxygen vacancies at grain boundary. To understand the spin-flipping mechanism, and then, the enhancement of the saturated magnetization of Fe3O4, we construct a tight-binding based model Hamiltonian and calculate the electronic structure of Fe3O4 within the dynamical mean-field theory for both ferrimagnetic (down-up-up) and ferromagnetic (up-up-up) spin orderings in the system without and with oxygen vacancies. Our results show that for the system without oxygen vacancies, the ferrimagnetic configuration is energetically favorable. Remarkably, by including the effect of oxygen vacancies into our calculations, especially for the on-site Coulomb repulsion, U, around 4 eV, the ground-state configuration switches into ferromagnetic. Our calculation results support that this spin-flipping phenomenon is due to the suppression of superexchange interactions between Fe3+ in octahedral sites and Fe3+ in tetrahedral sites, which are replaced by RKKY interactions that tend to couple the ions ferromagnetically., Fe3O4 adalah material ferrimagnet half-metallic dengan TC = ~860 K. Dalam sampel bulk, material ini memiliki magnetisasi saturasi sebesar 0,6 Tesla. Penelitian terbaru terhadap lapisan tipis Fe3O4 menunjukkan bahwa magnetisasi saturasi dari lapisan tipis tersebut jauh lebih besar daripada 0,6 Tesla. Penyebab dari magnetisasi yang cukup besar tersebut masih dalam perdebatan. Beberapa data eksperimen menunjukkan bahwa magnetisasi yang besar tersebut adalah akibat dari pembalikan spin Fe3+ pada site tetrahedral yang dibantu oleh vakansi oksigen pada grain boundary. Untuk memahami mekanisme pembalikan spin dan peningkatan magnetisasi saturasi dari Fe3O4, kami mengonstruksi Hamiltonian model berbasis tight-binding dan menghitung struktur elektronik Fe3O4 dalam kerangka dynamical mean-field theory untuk konfigurasi spin ferrimagnetik (down-up-up) dan ferromagnetik (up-up-up) pada sistem tanpa dan dengan vakansi oksigen. Hasil perhitungan kami menunjukkan bahwa untuk sistem tanpa vakansi oksigen, konfigurasi ferrimagnetik lebih stabil secara energetik. Dengan memasukkan efek vakansi oksigen ke dalam perhitungan, khususnya untuk nilai parameter on-site Coulomb repulsion, U, sekitar 4 eV, konfigurasi keadaan dasar berubah menjadi ferromagnetik. Hasil perhitungan kami mendukung hipotesis bahwa fenomena pembalikan spin merupakan akibat dari pelemahan interaksi superexchange antara Fe3+ pada site oktahedral dan Fe3+ pada site tetrahedral yang tergantikan oleh interaksi RKKY yang memiliki kecenderungan mengkopel ion tersebut secara ferromagnetik.]

Abstrak :
ABSTRAK
Fe3O4 merupakan material ferrimagnetik paruh logam dengan TC 860 K yang menunjukkan transisi logam-isolator MIT pada 120 K. Dalam bentuk bulk, magnetisasi saturasi material tersebut adalah 0.6 Tesla 471 emu/cm3 . Penelitian eksperimental terbaru telah menunjukkan bahwa magnetisasi saturasi dari lapisan tipis nano-Fe3O4 dapat mencapai 760 emu/cm3 yang diakibatkan oleh pembalikan spin ion Fe pada situs tetrahedral yang dibantu oleh vakansi oksigen VO . Sistem tersebut telah menunjukkan suhu MIT yang lebih tinggi 150 K . Pembalikan spin merupakan fenomena baru pada Fe3O4, sedangkan MIT merupakan fenomena yang sudah ada sejak lama. Kami menggagas sebuah model dan perhitungan untuk menginvestigasi mekanisme dari kedua fenomena tersebut. Hasil perhitungan kami menunjukkan bahwa konfigurasi ferrimagnetik untuk sistem tanpa VO secara energetik lebih disukai. Namun, dengan keberadaan VO, konfigurasi keadaan dasar dari sistem berubah menjadi ferromagnetik. Terkait MIT, dengan menggagas ketergantungan beberapa hopping integral terhadap suhu dalam model, kami mendemonstrasikan bahwa sistem tanpa dan dengan VO mengalami MIT dengan cara yang berbeda, menyebabkan sistem dengan VO memiliki suhu MIT yang lebih tinggi sesuai dengan data eksperimen. Hasil perhitungan kami juga menunjukkan bahwa MIT pada kedua sistem terjadi bersamaan dengan redistribusi elektron pada tiga ion Fe di setiap satuan formula Fe3O4. Dengan menganggap bahwa ketergantungan hopping integral terhadap suhu diduga timbul akibat efek Jahn-Teller dinamis, teori fenomenologis kami mampu menjembatani teori yang telah ada terkait MIT akibat transisi struktur dan keteraturan muatan.

---

ABSTRACT
Fe3O4 is a half metallic ferrimagnet with TC 860 K exhibiting metal insulator transition MIT at 120 K. In bulk form, the saturation magnetization is 0.6 Tesla 471 emu cm3 . A recent experimental study has shown that the saturation magnetization of nano Fe3O4 thin films can achieve up to 760 emu cm3, attributed to spin flipping of Fe ions at tetrahedral sites assisted by oxygen vacancies VO . Such a system has shown to have higher MIT temperature 150 K . The spin flipping is a new phenomenon in Fe3O4, while the MIT is a long standing one. Here, we propose a model and calculations to investigate the mechanisms of both phenomena. Our results show that, for the system without VO, the ferrimagnetic configuration is energetically favorable. Remarkably, upon inclusion of VO, the ground state configuration switches into ferromagnetic. As for the MIT, by proposing temperature dependences of some hopping integrals in the model, we demonstrate that the system without and with VO undergo the MIT in slightly different ways, leading to higher MIT temperature for system withVO, in agreement with the experimental data. Our results also show that the MIT in both systems occur concomitantly with the redistribution of electrons among the three Fe ions in each Fe3O4 formula unit. As such temperature dependences of hopping integrals may arise due to dynamic Jahn Teller effects, our phenomenological theory may provide a way to reconcile existing theories relating the MIT to the structural transition and the charge ordering.