Exploring Europium zirconate solid solutions
Li-san (D3) and Kito-kun (OB) ‘s work on EuZrO3 solid solution appears on J. Mater. Chem. C! Congrats, Li-san and Kito-kun! EuZrO3のEuイオンを他の2価イオンで置換することで、格子体積と磁気特性を制御できることを明らかにしました。
It is theoretically proposed that perovskite-type EuZrO3 becomes a ferromagnet when the lattice volume is increased or the structure is changed from orthorhombic to cubic in contrast to the fact that the stable phase of EuZrO3, the structure of which is orthorhombic, is antiferromagnetic. To investigate the change in crystal structure and magnetic properties of EuZrO3 with the variation of lattice volume, we have synthesized polycrystals of solid solutions AxEu1−xZrO3 (A = Ba, Ca, Sr); Eu2+ is substituted by group 2 elements with different ionic radius to realize the change in lattice volume and crystal structure of EuZrO3. The stable magnetic structure of EuZrO3 solid solutions is tuned with the change of lattice volume. In particular, the ferromagnetic state is stabilized by the increase in lattice volume, which experimentally verifies the prediction by the first-principles calculations. Furthermore, this phenomenon is explainable in terms of the competition between ferromagnetic and antiferromagnetic interactions that is highly related to the volume variation and the rotation of ZrO6 octahedron. The present results indicate that the magnetic structure can be systematically tuned by controlling the chemical pressure in solid solutions. / ペロブスカイト型 EuZrO3 は、斜方晶系構造の安定相が反強磁性であるのに対し、格子体積が増加するか構造が斜方晶系から立方晶系に変化すると強磁性体になることが理論的に提唱されています。 格子体積の変化に伴う EuZrO3 の結晶構造と磁気特性の変化を調べるために、固溶体 AxEu1−xZrO3 (A = Ba、Ca、Sr) の多結晶を合成しました。 Eu2+をイオン半径の異なる2族元素で置換することで、EuZrO3の格子体積と結晶構造の変化を実現します。 EuZrO3固溶体の安定した磁気構造は、格子体積の変化に応じて調整されます。 特に、強磁性状態は格子体積の増加によって安定化され、第一原理計算による予測が実験的に検証されました。 さらに、この現象は、ZrO6 八面体の体積変化と回転に深く関係する強磁性相互作用と反強磁性相互作用の間の競合の観点から説明できます。 今回の結果は、固溶体中の化学圧力を制御することで磁気構造を系統的に調整できることを示している。
DOI: 10.1039/D3TC00888F (Paper) J. Mater. Chem. C, 2023, Advance Article
Crystal structure and magnetic properties of EuZrO3 solid solutions† Sihui Li, Shinya Konishi, Takuya Kito, Koji Fujita and Katsuhisa Tanaka