Electron paramagnetic resonance of exchange-coupled [Fe+—Fe2+] pairs in BaF2: Fe crystal

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The study of exchange-coupled [Fe+ - Fe2+] pairs found by authors of the work [1] in X-ray irradiated BaF2:Fe crystals is continued by the EPR method. It is confirmed that the electron spin multiplet S = 7/2 corresponds to the basic state of the studied pairs, split by the anisotropic part of the exchange interaction and the crystal field so that the Kramers doublet turned out to be the ground one. It was found that the energy interval to the next spin doublet corresponds approximately to 125 GHz. It was found that the nearest ligands of iron ions in an exchange-coupled pair [Fe+ - Fe2+] are eight fluorine ions registered in the EPR spectra as structurally equivalent. The parameters of the superhyperfine interaction with the magnetic moments of the nuclei of these ligand ions have been determined. It is shown that the observed experimental facts clearly indicate that the exchange between iron ions in the studied pairs is realized mainly by the mechanism of double Zener exchange.

Full Text

Restricted Access

About the authors

R. B. Zaripov

Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”

Email: ulvlad@inbox.ru

Zavoisky Physical-Technical Institute

Russian Federation, Kazan

V. A. Ulanov

Federal Research Center “Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences”; Kazan State Power Engineering University

Author for correspondence.
Email: ulvlad@inbox.ru

Zavoisky Physical-Technical Institute

Russian Federation, Kazan; Kazan

R. R. Zainullin

Kazan State Power Engineering University

Email: ulvlad@inbox.ru
Russian Federation, Kazan

R. I. Kalimullin

Kazan State Power Engineering University

Email: ulvlad@inbox.ru
Russian Federation, Kazan

References

  1. Житейцев Е.Р., Уланов В.А., Зарипов М.М., Жеглов Е.П. // ФТТ. 2005. Т. 47. № 7. С. 1212, Zhiteitsev E.R., Ulanov V.A., Zaripov M.M., Zheglov E.P. // Phys. Solid State. 2005. V. 47. P. 1254.
  2. Zener C. // Phys. Rev. 1951. V. 82. P. 403.
  3. Изюмов Ю.А., Скрябин Ю.Н. // УФН. 2001. Т. 171. № 2. C. 121, Izyumov Yu.A., Skryabin Yu.N. // Phys. Usp. 2001. V. 44. No. 2. P. 109.
  4. Anderson P.W., Hasegava H. // Phys. Rev. 1955. V. 100. No. 2. P. 675.
  5. Belinskii M.I., Gamurar V.Ya., Tsukerblat B.S. // Phys. Stat. Sol. B. 1986. V. 135. P. 189.
  6. Банников В.В., Митрофанов В.Я. // ФТТ. 2005. Т. 47. № 8. С. 1474, Bannikov V.V., Mitrofanov V.Ya. // Phys. Solid State. 2005. V. 47. No. 8. P. 1532.
  7. Dong Sh., Yunoki S., Zhang X. et al. // Phys. Rev. B. 2010. V. 82. Art. No. 035118.
  8. Peng Xu, Guo Yu., Yin Q. et al. // J. Amer. Chem. Soc. 2017. V. 139. P. 5242.
  9. Зиновьев В.А., Зиновьева А.Ф., Володин В.А. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2022. Т. 116. № 9. С. 608, Zinovyev V.A., Zinovyeva A.F., Volodin V.A. et al. // JETP Lett. 2022. V. 116. No. 9. P. 608.
  10. Маслов А.Ю., Прошина О.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2023. T. 87 № 6. C. 896, Maslov A. Yu., Proshina O.V. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2023. V. 87. No. 6. P. 786.
  11. Житейцев Е.Р., Уланов В.А., Зарипов М.М., Жеглов Е.П. // ФТТ. 2006. Т. 48. № 10. С. 1779, Zhiteitsev E.R., Ulanov V.A., Zaripov M.M., Zheglov E.P. // Phys. Solid State. 2006. V. 48. No. 10. P. 1887.
  12. Weil J.A., Bolton J.R. Electron paramagnetic resonance: elementary theory and practical applications. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons Inc., 2007. 664 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. EPR spectra of perpendicularly oriented radiation exchange-coupled pairs of iron ions in a BaF2:Fe crystal in the orientation →H0|| <100> (δ1 is the spectral splitting caused by the SFBR with each of the eight magnetically equivalent nuclei of the ligand fluorine ions, numbers 1 and 2 correspond to the EPR frequencies fmw.1 = 9732.5 MHz and fmw.2 = 342501 MHz, T = 80 K).

Download (186KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. EPR spectrum of perpendicularly oriented radiation exchange-coupled pairs of iron ions in a BaF2:Fe crystal in the orientation →H0|| <100> (δ1 and δ2 are spectral splittings caused by the SFH with each of the two quartets of magnetically equivalent nuclei of ligand fluorine ions, respectively; the upper part of the figure shows diagrams that facilitate the interpretation of this spectrum and are constructed in accordance with the algorithm from [12], numbers 1, 4 and 6 correspond to the sequence of consideration of splittings, resonance frequency fmw = 9732.5 MHz).

Download (182KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. EPR spectrum of parallel oriented radiation exchange-coupled pairs of iron ions in a BaF2:Fe crystal in the orientation →H0|| <100> (recorded at a frequency of fmw = 34250.1 MHz at a temperature of T = 80 K, δ4 is the spectral splitting in this orientation, caused by the SFBR with each of the eight magnetically equivalent nuclei of the ligand fluorine ions).

Download (133KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Angular dependences of the positions of the centers of gravity of the EPR spectra of three ensembles of structurally equivalent radiation exchange-coupled pairs of iron ions, recorded in the X- (a) and Q- (b) ranges at a temperature of 80 K and corresponding to the rotation of the sample around the crystallographic axis <110> (in this case, the vector of the external magnetic field strength →H0 remained perpendicular to the axis of rotation and at θ = 0° turned out to be parallel to the axis <001>, curve number 1 determines the positions of the EPR spectra of two ensembles of pairs that remain magnetically equivalent during rotation, and curve 2 corresponds to the third ensemble of pairs, in which the tetragonal axis of symmetry at θ = 0° turns out to be parallel to the vector →H0).

Download (278KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Simplified geometric model of the molecular structure of an exchange-coupled pair of iron impurity ions in a BaF2 crystal and the directions of the axes of two Cartesian coordinate systems convenient for calculating the parameters of the SSTS.

Download (466KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».