Cation spin and superexchange interaction in oxide materials below and above spin crossover under high pressure

超级交换 旋转交叉 反铁磁性 凝聚态物理 铁磁性 物理 化学 材料科学 结晶学 有机化学
作者
V. A. Gavrichkov,S. I. Polukeev,Sergey G. Ovchinnikov
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:101 (9) 被引量:11
标识
DOI:10.1103/physrevb.101.094409
摘要

We derived simple rules for the sign of ${180}^{\ensuremath{\circ}}$ superexchange interaction based on the multielectron calculations of the superexchange interaction in the transition metal oxides that are valid both below and above spin crossover under high pressure. The superexchange interaction between two cations in ${d}^{n}$ configurations is given by a sum of partial contributions related to the electron-hole virtual excitations to the different states of the ${d}^{n+1}$ and ${d}^{n\ensuremath{-}1}$ configurations. Using these rules, we have analyzed the sign of the ${180}^{\ensuremath{\circ}}$ superexchange interaction of a number of oxides with magnetic cations in electron configurations from ${d}^{2}$ until ${d}^{8}$: the iron, cobalt, chromium, nickel, copper, and manganese oxides with increasing pressure. The most interesting result concerns the magnetic state of cobalt and nickel oxides CoO, ${\mathrm{Ni}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}$ and also ${\mathrm{La}}_{2}{\mathrm{CoO}}_{4}, {\mathrm{LaNiO}}_{3}$ isostructural to well-known high-${T}_{C}$ and colossal magnetoresistance materials. These oxides have a spin $\frac{1}{2}$ at the high pressure. Change of the interaction from antiferromagnetic below spin crossover to ferromagnetic above spin crossover is predicted for oxide materials with cations in ${d}^{5}({\mathrm{FeBO}}_{3})$ and ${d}^{7}(\mathrm{CoO})$ configurations, while for materials with the other ${d}^{n}$ configurations spin crossover under high pressure does not change the sign of the ${180}^{\ensuremath{\circ}}$ superexchange interaction.
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