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Magnetic and structure transition of Mn$$_{3-x}$$Fe$$_x$$O$$_4$$ solid solutions under high-pressure and high-temperature conditions

高温高圧下におけるMn$$_{3-x}$$Fe$$_x$$O$$_4$$固溶体の磁気および構造転移

山中 高光*; 平尾 直久*; 中本 有紀*; 三河内 岳*; 服部 高典   ; 小松 一生*; Mao, H.-K.*

Yamanaka, Takamitsu*; Hirao, Naohisa*; Nakamoto, Yuki*; Mikouchi, Takashi*; Hattori, Takanori; Komatsu, Kazuki*; Mao, H.-K.*

Mn$$_{3-x}$$Fe$$_x$$O$$_4$$固溶体の磁性と結晶構造を高温高圧下で中性子回折と放射光メスバウアー分光によって調べた。Mn$$_2$$FeO$$_4$$スピネルのフェリ磁性-常磁性転移は100$$^circ$$C、正方晶-立方晶転移は180$$^circ$$Cで起こり、これら2つの転移は直接関連していないことが分かった。構造相転移の転移温度は圧力とともに減少する。メスバウアー分光と中性子回折から、四面体サイトでのFe$$^{2+}$$の占有率が圧力とともに増加することがわかり、Mn$$_2$$FeO$$_4$$相は逆スピネルに近づくことが示唆された。磁気構造解析により、MnFe$$_2$$O$$_4$$とMn$$_2$$FeO$$_4$$の常磁性とフェリ磁性の構造を明らかにした。これらのスピネルはそれぞれ18.4GPaと14.0GPaで斜方高圧相に変化し、Mn含有量の増加とともに転移圧力が低下することがわかった。

Magnetic and crystal structure of Mn$$_{3-x}$$Fe$$_x$$O$$_4$$ solid solutions under high-PT conditions are investigated by neutron diffraction and synchrotron M${"o}$ssbauer spectroscopy. The ferrimagnetic-paramagnetic transition and tetragonal-cubic transition of Mn$$_2$$FeO$$_4$$ spinel occur at 100$$^circ$$C and 180$$^circ$$C, respectively, suggesting both the transitions are not coupled. The structure transition temperature decreases with pressure. M${"o}$ssbauer experiments and neutron diffraction revealed that the Fe$$^{2+}$$ occupancy in tetrahedral site increases increase with pressure, suggesting Mn$$_2$$FeO$$_4$$ phase approaches inverse spinel. Magnetic structure refinement clarified paramagnetic and ferrimagnetic structure of MnFe$$_2$$O$$_4$$ and Mn$$_2$$FeO$$_4$$. These spinels transform into high-pressure orthorhombic phases at 18.4 and 14.0 GPa, respectively, indicating lower transition pressure with increasing Mn content.

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分野:Materials Science, Multidisciplinary

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