基于10,11B和59Co NMR研究Co3BO5氧硼酸盐中的超超交换作用与磁有序

本文通过核磁共振（NMR）技术深入探究了氧硼酸盐Co3BO5在顺磁与磁有序态下10,11B和59Co核的局域电荷与磁环境，首次实验确定了其电场梯度（EFG）张量与超精细场（HFF）参数。研究揭示了通过B3+离子sp2杂化轨道介导的Co–O–B–O–Co超超交换机制，并提出了低自旋（LS）Co3+离子3d6态参与的磁有序模型，为强关联材料磁耦合机制提供了关键实验依据。

　　

^10,11B和⁵⁹Co核磁共振揭示Co₃BO₅氧硼酸盐中的超超交换与磁有序

引言

均金属氧硼酸盐Co₃BO₅属于高度关联的化合物家族，其中多种自由度相互交织。晶体中钴离子的一个显著特点是其可呈现多种氧化态——从3d⁷构型的Co²⁺到3d⁵构型的Co⁴⁺，这导致了基于钴的多样体系。在这些体系中，钴离子可占据多个不等价位点，具有不同的价态和/或自旋态。此类行为的原因在于...

实验技术与计算细节

本研究所用样品为粉末，由高质量单晶研磨而成，这些单晶由N.V. Kazak领导的课题组在克列诺夫物理研究所合成。样品合成与表征方法的详细信息见文献[16]。需要指出的是，核磁共振实验所用样品与文献[9,10,11]中的样品属于同一批次。这一事实使我们能够高度可靠地将获得的实验数据进行归纳。

顺磁相

根据单晶磁化强度数据，Co₃BO₅的易磁化方向沿晶体学b轴[17]。这一实验事实也在核磁共振数据中有所反映。图3a展示了在室温、外磁场H₀ = 92.8 kOe下获得的Co₃BO₅粉末的¹¹B核磁共振谱。谱图中清晰地显示出三个峰，这可以解释为三条相对较窄且具有不同位移的谱线，或者是一条具有四极分裂的谱线。在...

结论

利用核磁共振光谱学获得了均金属氧硼酸盐Co₃BO₅中^10,11B和⁵⁹Co核的局域电荷和磁环境数据。实验确定了所研究核位点的电场梯度张量参数和超精细场值，这只有通过核磁共振方法才能实现。样品以定向和粉末形式进行了研究，温度覆盖了磁相变温度T_N ≈ 42 K以上和以下。在样品的顺磁态...