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Pressure effects on magnetism in Ca2Mn2O5 -type ferrites and manganites

反铁磁性 磁性 结晶学 类型(生物学) 订单(交换) 静水压力 物理 晶体结构 凝聚态物理 铁磁性 材料科学 化学 热力学 生物 经济 生态学 财务
作者
Yongjin Shin,James M. Rondinelli
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:102 (10) 被引量:3
标识
DOI:10.1103/physrevb.102.104426
摘要

The presence of ordered oxygen vacancies in perovskites governs magnetic phase stability owing to changes in crystal-field splitting with different anion geometries, polyhedral arrangements, and electronic configurations of the transition-metal cations. Here we use density functional theory calculations to assess the magnetic phase stability of ${\mathrm{Sr}}_{2}{\mathrm{Fe}}_{2}{\mathrm{O}}_{5}$ (with a ${d}^{5}$ electronic configuration) and ${\mathrm{Sr}}_{2}{\mathrm{Mn}}_{2}{\mathrm{O}}_{5}$ (${d}^{4}$ configuration), exhibiting the ${\mathrm{Ca}}_{2}{\mathrm{Mn}}_{2}{\mathrm{O}}_{5}$-type oxygen-deficient perovskite structure, with hydrostatic pressure. The ${\mathrm{Ca}}_{2}{\mathrm{Mn}}_{2}{\mathrm{O}}_{5}$-type structure is composed of square pyramidal units, the crystal-field splitting and polyhedral connectivities of which support different ground-state magnetic orders depending on $d$-orbital filling: E-type antiferromagnetic (AFM-E) for ${\mathrm{Sr}}_{2}{\mathrm{Mn}}_{2}{\mathrm{O}}_{5}$ (${d}^{4}$) and G-type antiferromagnetic (AFM-G) for ${\mathrm{Sr}}_{2}{\mathrm{Fe}}_{2}{\mathrm{O}}_{5}$ (${d}^{5}$). We show that hydrostatic pressure enhances the crystal-field splitting and affects the magnetic stability. We find that the AFM-E order exhibited by ${\mathrm{Sr}}_{2}{\mathrm{Mn}}_{2}{\mathrm{O}}_{5}$ is robust over the surveyed ranges of applied pressures, whereas ${\mathrm{Sr}}_{2}{\mathrm{Fe}}_{2}{\mathrm{O}}_{5}$ shows a magnetic transition from AFM-G to ferromagnetic spin order at $\ensuremath{\approx}24.5$ GPa. We also discuss the effect of correlation strength, treated using the Hubbard $U$ correction, which we find suppresses a spin crossover transition in ${\mathrm{Sr}}_{2}{\mathrm{Fe}}_{2}{\mathrm{O}}_{5}$ and shifts it to higher pressures.
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