[论文解读] Crystal and Magnetic Structure of CaCo{1.86}As2 Studied by X-ray and Neutron Diffraction

D. G. Quirinale, V. K. Anand+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2013

Iron-based superconductors research被引用 6

一句话总结

本研究利用X射线衍射和中子衍射确定了CaCo₁.₈₆As₂的晶体结构和磁结构，揭示其为具有7(1)% Co位点空位的坍塌四边形ThCr₂Si₂型结构。在T_N = 52(1) K以下，该化合物表现出A型共线反铁磁有序，磁矩沿c轴方向排列，ab平面内为铁磁耦合，证实尽管类似铁基化合物表现出非磁性行为，CaCo₁.₈₆As₂中的Co+1在cT相中具有本征磁性。

ABSTRACT

Neutron and x-ray diffraction measurements are presented for powders and single crystals of CaCo{1.86}As2. The crystal structure is a collapsed-tetragonal ThCr2Si2-type structure as previously reported, but with 7(1)% vacancies on the Co sites corresponding to the composition CaCo{1.86(2)}As2. The thermal expansion coefficients for both the a- and c-axes are positive from 10 to 300 K. Neutron diffraction measurements on single crystals demonstrate the onset of A-type collinear antiferromagnetic order below the Neel temperature TN = 52(1) K with the ordered moments directed along the tetragonal c-axis, aligned ferromagnetically in the ab-plane and antiferromagnetically stacked along the c-axis.

研究动机与目标

• 利用高分辨衍射技术精确测定CaCo₁.₈₆As₂的晶体结构和磁结构。
• 解决先前研究中报道的Néel温度和磁有序模式之间的矛盾。
• 研究Co位点空位和坍塌四边形（cT）结构在该122型砷化物中实现磁有序的作用。
• 澄清CaCo₁.₈₆As₂中Co+1在cT相是否表现出本征磁性，与类似铁基化合物的非磁性行为形成对比。

提出的方法

• 采用粉末和单晶X射线衍射精修晶体结构，并确认Co位点空位的存在。
• 利用单晶中子衍射确定磁结构和磁转变温度。
• 采用波长色散能谱（WDS）测定元素组成，确认Co的化学计量比。
• 进行温度依赖的晶格常数测量，以分析热膨胀行为。
• 对磁性中子衍射数据进行分析，以确定磁传播矢量和磁矩取向。
• 通过联合精修X射线和中子粉末衍射数据，验证优化的结构模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 CaCo₁.₈₆As₂的真实化学计量比是什么？Co位点空位如何影响其结构？
• RQ2 CaCo₁.₈₆As₂是否表现出长程磁有序？如果是，其磁结构的性质是什么？
• RQ3 CaCo₁.₈₆As₂的正确Néel温度是多少？与先前报道相比如何？
• RQ4 坍塌四边形结构如何影响该化合物中Co+1的磁行为？
• RQ5 CaCo₁.₈₆As₂中的磁有序是否与A型反铁磁有序一致？

主要发现

• CaCo₁.₈₆As₂的晶体结构为具有7(1)% Co位点空位的坍塌四边形ThCr₂Si₂型结构，确认其化学计量比为CaCo₁.₈₆(2)As₂，而非CaCo₂As₂。
• 从10至300 K，a和c晶格常数的热膨胀系数均为正值，表明具有常规热膨胀行为。
• 中子衍射结果揭示在T_N = 52(1) K以下存在A型共线反铁磁有序，Co磁矩沿c轴方向排列。
• 磁矩在ab平面内呈铁磁排列，沿c轴方向呈反铁磁堆叠，与A型有序一致。
• 测得的Néel温度比先前报道的70–76 K低约20 K，表明早期测量可能存在差异。
• 结果证实，CaCo₁.₈₆As₂中cT相的Co+1具有本征磁性，与类似铁基化合物（如cT相的CaFe₂As₂）的非磁性行为形成鲜明对比。