磁性金属间化合物氮化物

不是很令人费解,我们大部分的(数字)记忆的存在取决于正确的材料,特别是磁性化合物?欧洲杯足球竞彩记住一个铁磁氧化铁,磁铁矿,涂层聚合物导致了世界上第一个磁带和被用来永远捕捉莫扎特的交响曲降E大调39由伦敦爱乐乐团和由托马斯·比切姆爵士。事件发生在音乐厅的化工巨头巴斯夫在路德维希港(德国)11月19日,1936年,巴斯夫提供有机聚合物和磁性氧化物[1]。从那时起,磁数据存储变得越来越重要。不仅是最重要的磁磁赤铁矿色素[2],我们的“数字生活”只会是不存在没有能力来存储和检索的重要数据。我们可能会考虑自己幸运,仍然硬光盘的容量逐年翻倍[3],增加回到优越性能物理技术,如巨磁阻[4]。欧洲杯足球竞彩材料化学然而,是时候向世界提供更好的磁性化合物,例如磁氮化物。

与氮化这个词化学家是什么意思,他们最吸引人的地方是什么?氮化物不仅仅是“与氮的化合物”,氮化物包含阴离子N^{3 -}氧化态的3。因此,后者离子采用稀有气体的配置与氖等电子,就像氧化物阴离子,O^{2 -}氧化态,2。注意特征明显的氮化物是数量级小于氧化物,尽管氮一样的电负性(鲍林规模:3.0)氧(3.5),我们期待过多的氮化物,就像有一个大量的氧化物。氮化物的缺乏的原因,然而,是由极其强烈的N三键₂分子:几乎1000焦每摩尔需要破坏[5]。因此,没有氮氮大气腐蚀虽然包含近80%。当N₂被“激活”(即分为氮原子),然而,它几乎像o .高温反应通常需要导致新的氮化物,或一个更好的开始与氮含量,not-too-stable分子首先,例如氨分子,在北半球₃。使氮化物棘手且真正有益的[6]。

很长一段时间,化学家已经分类氮化物分成三组。第一,离子氮化物等李₃N =(李⁺)₃N^{3 -},并由阳离子之间的库伦力简单(基地)金属氮化和离子。第二,我们找到了共价氮化物等爆炸性的年代₄N₄[7]两个非金属之间的共价键。二元化合物例如GaN[8]经常投入这一类,也因为甘共价化学键的一部分(顺便说一下,最重要的光电子材料)远比离子部分,尽管Ga概念都太简单了^{3 +}N^{3 -}。最后,还有迷人的群金属氮化物的氮化硅离子占据空晶体金属晶格的网站。因为有许多更多的金属非金属和金属氮化物的成分可能采用不同的化学计量比,许多金属氮化物。磁原型元素铁,例如,所谓富含铁的氮化物[9]是铁₂N、铁₃N、铁₄N和铁₁₆N₂(奇怪的是不叫铁₈由于历史原因,N)。

其中,正确地指定为γ-Fe阶段₄N是至关重要的,研究了实验理论上[10]和[11]。不仅是γ-Fe₄N高度惰性在化学反应方面,这也是机械硬。此外,不同寻常的大体积比和剪切模量表明它是一种韧性材料[12],所以其属性将使其几乎高性能磁记录头的理想人选。它的立方晶胞是描绘在图1中,官员与中央氮化硅离子Wyckoff称位置1b。N^{3 -}由六个最近的Fe原子八面体的协调,坐在立方体的面中心位置3吗c。此外,八个铁原子(我们指定为铁”)被发现在角落位置1一个。任何立即认识到晶体相似比率₃钙钛矿结构。显然,N的角色钛原子,Fe对应啊,和铁的原子取代了Ca。为了表明钙钛矿型的相似,可以写铁₄N作为铁'NFe₃这是一个也澄清反钙钛矿,因为阳离子和阴离子交换的角色。

图1所示。单位细胞γ-Fe立方晶体结构的₄N与中心原子(位置1 b)在绿色和红色的铁原子(脸中心3 c)和橙色(角落,1 a)。晶格参数是一个= 3.79。

回到铁的磁性₄N, 208年的非常大的饱和磁化emu / g (bcc-Fe几乎一样大)和5.8 Oe的低矫顽磁场也吸引了材料科学家[13]。欧洲杯足球竞彩晶体结构本身表明菲'NFe的物理性质₃可能会调整用铁的角落原子由另一个M原子想出另一个磁阶段。是否一个金属原子M可能代替铁原子取决于原子大小,因为角落位置明显大于face-center位置。此外,氮相似的两种金属需要考虑,现在运用最先进的电子结构理论。因此,而不是运行数以百计的耗时和昂贵的化学反应,密度泛函GGA总能量计算使用伪势让我们方便扫描化学相空间。例如,如果我们要取代铁的原子与一个珍贵的Rh(铑)原子,RhFe理论预测₃N应该enthalpically稳定而且铁磁,稍微放热形成焓[14],如果一个人从最低开始推论FeRh, Fe和沼泽。这是图2所示。

图2。DFT enthalpy-pressure图铁磁RhFe的形成₃N(红色曲线)。起始原料的焓FeRh / Fe /分定义(黑色)零线而Rh欧洲杯足球竞彩 / 2 Fe /分的焓是作为绿色曲线。铁磁RhFe₃N是最稳定的阶段在整个压力范围内。

此外,理论显然有利于Rh去角落里,不是face-center位置。尽管如此,合成RhFe₃N不那么容易——氮化并不意外化学家。最直接的方法是“减少耦合”路线[15]需要的还原金属氧化物和金属间化合物合金的同时形成。然后,RhFe₃N总是伴随着几个百分点FeRh合金,但它的存在可以通过一种改进的两步最小氨解作用结合高温烧结步骤和低温氮化反应[16]。最好的RhFe₃已使用特征x射线N样本里特维德细化并导致更大一个= 3.83由于大Rh原子。SEM / EDX技术确认没有其他杂质。不仅是Rh原子发现只在角落位置,几个铁原子也格点上,令人惊讶的是。因此,x射线衍射和⁵⁷菲Moßbauer实验表明正确的成分必须写成Rh_0.8菲_3.2N [16]。磁化率测量典型铁磁行为证据的居里温度505 K左右。滞后循环接近绝对零度建议强制字段的γ铁的五分之一₄n .一起约0.52 T的剩磁,Rh_0.8菲_3.2N是正确归类为半硬质铁磁材料低温饱和磁化强度为8.3μ_B[15]。

在这一点上,新材料的机会化学、实验和理论上,似乎无穷无尽。欧洲杯足球竞彩有大量的理论合成目标,所有不同的M MFe原子₃N公式,他们都有不同的可用性、个人稳定性、磁性、价格等等。例如,人们可能会相对较大,廉价的主族元素镓(Ga),这个结果在反铁磁性的阶段_0.9菲_3.1N [17]一个= 3.80。它的SEM照片在图3中给出。遗传算法_0.9菲_3.1N,然而,Ga只是整个化合物系列被称为遗传算法_x菲_{4 x}N与0 < x < 0.9[17],化学家将调用这些化合物berthollide(即化学计量的变量),但不是道尔顿体。在Ga数量减少,连续改变从反铁磁性的铁磁的行为结果,所描述的滞后环在图4中,这样磁性可能综合调整。在整个系列的晶格参数不遵循Vegard法则,但显示了Ga的最低_0.5菲_3.5再次,量子力学有助于澄清这观察:不同磁序负责摩尔量的差异。同时,有限温度下计算包括声子的贡献让我们明白为什么需要高温抑制非磁性的形成氮化镓:只有在高温的形成焓铁磁复合- [18]。

图3。刚做好的Ga的扫描电镜照片_0.9菲_3.1N样本。

图4。滞后环的各种系列的化合物_x菲_{4 x}N表明磁饱和的时刻与降低砷浓度增加。

在主组三世,向下运动_x菲_{4 x}N系列也可以合成,但其晶格参数做跟随Vegard的规则。更高的同系物铟并不抑制铁磁态的形成,因为indium-richest阶段_0.8菲_3.2N也是一个铁磁物质,居里温度约662 K[19],可能由于扩大晶格:作为一个经验法则,自旋极化通常是增强“拉伸”磁性原子。事实上,有一种亲密的联系结构性能和电子结构,作为PdFe例证₃n .热膨胀(一个非常宽一个= 3.86)被采用声子动力学理论建模,它变得明显,部分共价Fe-N交互抑制PdFe的晶格振动₃矩阵,一个最惊人的发现[20]。此外,通过实验确定晶格扩张显示接近PdFe扭结₃N点温度。这种现象定义未来的研究:一些氮化物不仅拥有令人兴奋的磁性和机械性能(硬度),有明显的迹象表明,磁性影响结构,结构和磁性的影响。那将是非常有益的合成氮化金属的磁性和力学性能可能不同状态之间的切换通过磁场或对材料,另外,机械应力。

引用

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