Abstract
Detailed aspects of the charge disproportionation (CD) transition for a polycrystalline $La_{1/3}Sr_{2/3}FeO_{2.96}$ were studied with the X-ray diffraction, $M\ddot{o}ssbauer$ spectroscopy, and SQUID magnetometer. The crystal structure was found to be rhombohedral with a space group R/3c. The lattice parameters were $a_R=5.4874\;\AA,\;and\;a_R=60.07^{\circ}$, respectively. $M\ddot{o}ssbauer$ spectra were taken within a wide range of temperature from 4.2 K up to room temperature. In the low temperature region, the spectra were comprised of two superimposed sextets which originated from $Fe^{3+}\;and\;Fe^{5+}$, respectively. This was the antiferromagnetic mixed valence state produced by the charges disproportionated into two different species. In the high temperature region, however, only a singlet from $Fe^{3.6+}$ was observed, indicating that it was a paramagnetic averaged valence state. The CD transition occurred in the temperature range from 175 K to 200 K, in which the two phases coexisted. The origin for the CD transition was explained by the thermally generated fast hopping of electrons. Hysteresis loop showed that there existed a strong antiferromagnetic interaction among magnetic ions. As the temperature increased thru the CD transition temperature, it was very likely that the interaction between $Fe^{3+}\;and\;Fe^{5+}$ was replaced by a more stronger one.
다결정질 $La_{1/3}Sr_{2/3}FeO_{2.96}$의 전하불균형(charge disproportionation, CD) 전이현상과 그 전이온도를 전후로 한 자기적 상호작용의 변화양상을 X-선 회절, $M\ddot{o}ssbauer$ 분광계, 그리고 SQUID 자기력계를 이용하여 연구하였다. X선 분석결과, 시료의 결정구조는 공간군 R/3c인 rhombohedral 구조이며, 격자상수는 $a_{R}=5.4874\;\AA,\;a_R=60.07^{\circ}$이었다. $M\ddot{o}ssbauer$ 스펙트럼은 4.2 K에서부터 실온까지의 범위에서 취하였다 분석결과 저온에서는 각각 $Fe^{3+}$와 $Fe^{5+}$에 기인하는 두개의 6-선 스펙트럼이 중첩되어 나타났으며 Fe 이온의 원자가가 두개의 상이한 전하 상태로 분리된 반강자성 혼합원자가 상태임을 알 수 있었다. 반면 고온에서는 $Fe^{3.6+}$에 기인하는 단일 흡수선이 관측되어 상자성의 평균원자가 상태임을 알 수 있었다. 175K부터 200K의 온도 범위에서는 이 두 상태가 혼재되어 나타났으며 이 온도 범위에서 CD전이가 발생함을 알 수 있었다. CD전이의 근원은 열적으로 발생한 전하의 도약현상으로 설명할 수 있었다. 측정된 자기이력곡선의 분석 결과, 자성원자 사이에는 강한 반강자성 상호작용이 존재하며, 온도가 CD 전이온도를 넘어 상승하면서 $Fe^{3+}-Fe^{5+}$간의 상호작용이 한층 더 강한 상호작용으로 대치됨을 알 수 있었다.