КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЯ Fe₁TiSe₂

Константинова Е.Н., Носова Н.М., Селезнева Н.В., Баранов Н.В.

Уральский федеральный университет

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Дихалькогениды переходных металлов (ДПМ) представляют собой обширный и разнообразный класс слоистых соединений, обладающих уникальными свойствами, которые делают их интересными для научных исследований и практического применения. Наличие в ДПМ относительно слабого Ван-дер-Ваальсового взаимодействия между трехслойными блоками Ch−T−Ch (Ch = S, Se, Te; T = переходный металл) позволяет внедрять в матрицу TCh₂ различные атомы 3d-металлов, содержащие магнитные ионы, что предоставляет возможность рассматривать данные соединения как аналог искусственных многослойных структур. Ярким примером является система Fe_xTiCh₂, где магнитное состояние зависит от концентрации железа: при низких концентрациях x < 0.25 проявляются магнитные состояния типа спинового или кластерного стекла, а в области более высоких значений x > 0.25 формируется дальний магнитный порядок. Зачастую концентрация внедренных атомов ограничена, однако методом химических транспортных реакций был получен монокристалл Fe₁TiS₂ с коэрцитивной силой H_С ~ 15 кЭ при Т = 4.2 К и температурой Кюри T_С ~ 153 К.

В данной работе представлены результаты исследования кристаллической структуры и магнитных свойств диселенида титана с внедренными атомами Fe с концентрацией х = 1. Для синтеза Fe₁TiSe₂ был применен модифицированный метод твердофазных реакций (при температуре 800 °С) с использованием прекурсора. Для изучения кристаллической структуры проводилась рентгенографическая аттестация на дифрактометре Bruker D8 Advance. Магнитные свойства исследовались с помощью PPMS DynaCool Т9 и вибромагнетометра 7407 VSM.

Рентгенофазовый анализ показал, что железосодержащий образец Fe₁TiSe₂ кристаллизуется в моноклинной сингонии с пространственной группой P2/c (параметры элементарной ячейки a = 6.307(9) Å, b = 3.597(1) Å, c = 13.281(9) Å, β = 117.51(5)º) и содержит незначительное количество немагнитной фазы TiO₂ в форме рутила. Из анализа температурных и полевых зависимостей намагниченности было обнаружено, что дальний магнитный порядок формируется при T ~ 220 К, а значение коэрцитивной силы достигает H_С ~ 23 кЭ при Т = 2 К. Рассчитанная величина эффективного магнитного момента в расчете на ион железа оказалась близка к теоретическому значению для иона Fe²⁺ со спином S = 2 и g = 2. Отрицательный знак парамагнитной температуры Кюри свидетельствует в пользу преобладания антиферромагнитного обменного взаимодействия между атомами железа. Проанализировав полученные данные, можно предположить, что для данного образца характерно ферримагнитное упорядочение.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 25-73-00211.