利用极化中子粉末衍射揭示纳米粒子的自旋结构、交换常数和局部各向异性：以Mn3O4为案例研究

《Materials Today》：Revealing the spin structure, exchange constants and local anisotropy in nanoparticles with polarised neutron powder diffraction: Mn3O4 as case study

　　

摘要

纳米结构材料的磁学性质可能与其块体材料有显著差异。了解这些性质对于基础材料科学以及那些应用纳米结构磁性材料的领域而言至关重要。然而，确定纳米粒子中的内在磁结构、交换常数和局部磁各向异性存在相当大的挑战。本研究利用极化中子粉末衍射数据，并通过局部磁化率法和模型哈密顿量法进行分析，以前所未有的精细度揭示了不同磁子晶格对Mn₃O₄纳米粒子磁化过程的贡献。研究结果表明，其磁序为类似块体材料的Yafet-Kittel型倾斜结构，存在子晶格间和子晶格内的反铁磁耦合。PNPD分析还证实c轴为硬轴，并确定了各个磁位点对易面磁各向异性的贡献。值得注意的是，通过对PNPD数据的分析，首次确定了纳米粒子中的微观磁参数，即子晶格间和子晶格内的交换常数以及局部各向异性参数。所得数值与块体Mn₃O₄的实验及理论结果一致。这些成果为利用PNPD获取纳米结构材料中的独特磁学信息提供了可能，尤其是在那些复杂、新颖或尚未被充分理解的体系中。

I.A. Kibalin|A. Gukasov|I.V. Golosovsky|A.G. Roca|A. López-Ortega|M. Estrader|T.C. Hansen|I. Puente-Orench|E. Lelièvre-Berna|J. Nogués