Crystallographic and Magnetic Properties of Cu0.1Fe0.9Cr2S4

Cu$_{0.1}$Fe$_{0.9}$Cr$_2$S$_4$ has been studied with Mossbauer spectroscopy, x-ray diffraction, vibrating sample magnetometer (VSM), and magnetoresistance (MR) measurement. The crystal structure was determined to be a cubic spinel with lattice parameter a$_{0}$=9.9880 $\AA$. The MR measurements show a semiconductor behavior below 110 K and metal behaved above 100 K. The temperature dependence of magnetization of Cu$_{0.1}$Fe$_{0.9}$Cr$_2$S$_4$ was reported. In addition to a large irreversibility between the zero-field-cooling (ZFC) and the field-cooling (FC) magnetization at applied field H=100 Oe, a cusp-like anomaly was observed in both the FC and ZFC curves. It shifted toward the lower temperature region with increasing magnetic field, and then showed convex type maximum at 110 K, under the applied field of 5 kOe. The Mossbauer spectra were measured from 15 K to room temperature. The asymmetric line broadening was observed for the sample Cu$_{0.1}$Fe$_{0.9}$Cr$_2$S$_4$, and it was considered to be dynamic Jahn-Teller relaxation. The charge state of Fe ions was ferrous in character. The unusual reduction of magnetic hyperfine field below 110 K was interpreted in terms of cancellation effect between the mutually opposite orbital current field (H$_{L}$) and Fermi contact field (H$_{C}$).

Cu0.1Fe0.9Cr2S4의 결정학적 및 자기적 성질에 관한 연구

Cu$_{0.1}$Fe$_{0.9}$Cr$_2$S$_4$에 대하여 x-선 회절기(XRD), 진동 시료 자화율 측정기(VSM), Mossbauer 분광기, 자기저항(Magnetoresistance;MR)법을 이용하여 시료의 결정학적 및 자기적 특성을 연구하였다. 결정구조는 cubic spinel 구조이며, 격자 상수는 a$_{0}$=9.9880 $\AA$이었다. 자기저항(MR)실험 결과 110 K 이하에서는 반도체적 거동을, 100 K 이상에서는 도체적인 거동을 보인다. VSM 실험결과 100 Oe 인가 자장 하에서 zero-field-cooling(ZFC)와 field-cooling(FC) 사이에 커다란 비가역적 첨점 형태가 관측되었다. 5 kOe인가 자장 하에서 포화자화값이 온도 상승과 더불어 110 K 까지 증가되는 현상이 관측되었다. 15 K∼300 K의 온도 범위에 걸쳐서 Mossbauer스펙트럼을 분석한 결과 전기사중극자 분열치가 Neel온도 이하에서 나타나기 시작하여 온도가 하강하면서 점차 증가하고 공명선의 선폭이 비대칭적으로 굵어짐을 볼 수 있었다. 이것은 동적 Jahn-Teller뒤틀림이 일어나고 있는 것으로 해석된다. Fe 이온의 전하상태는 +2이며, 초미세 자기장은 온도가 상승함에 따라 극저온에서 100 K 부근까지 증가하다가 감소하는 현상이 나타났다. 이것은 반대방향의 orbital current field(H$_{L}$)와 Fermi contact field(H$_{C}$) 사이의 상쇄효과로 해석된다.