Details

Мультиферроики на основе сложных оксидов переходных металлов, в частности ферроманганит висмута BiFe[0,5]Mn[0,5]O[3], являются перспективными функциональными материалами для использования в различных электротехнических устройствах. Однако в научной литературе отсутствует информация о систематическом исследовании твердого раствора BiFe[0,5]Mn[0,5]O[3]. В работе методами из первых принципов исследована модельная структура ромбоэдрического BiFe[0,5]Mn[0,5]O[3]. Проведены теоретические оценки эффективного магнитного момента, степени локализации 3 d -состояний и ширины энергетической щели для разных спиновых конфигураций ионов железа и марганца. Выявлен характер обменных взаимодействий между ионами переходных металлов. Установлено, что в антиферромагнитном упорядочении магнитные моменты ионов железа и марганца близки и составляют 4,16 и 4,23 muБ соответственно, при этом 3 d-состояния ионов железа локализованы, а 3 d-состояния ионов марганца, наоборот, делокализованы и асимметричны. Показано наличие малого результирующего момента, равного 0,012 mu[Б], на элементарную ячейку, обусловленного неэквивалентностью позиций ионов железа и марганца, приводящей к формированию энергетической щели шириной 1,28 и 1,48 эВ для каналов со спином вниз и вверх соответственно. Полученные для модельной структуры результаты позволяют качественно описать электронную структуру орторомбического BiFe[0,5]Mn[0,5]O[3] при четырехкратно редуцированном по сравнению с ним числе ионов и в значительной степени расширяют имеющиеся сведения о структуре и физических свойствах твердых растворов BiFeO[3]-BiMnO[3], полученных экспериментальными методами.

Multiferroics based on multiple oxides of transition metals, particularly ferromanganite BiFe[0.5]Mn[0.5]O[3], are promising functional materials for use in various electrical devices. However, in research literature there are no information about systematic studies of BiFe[0.5]Mn[0.5]O[3] solid solution. In this work, the model structure of rhombohedral BiFe[0.5]Mn[0.5]O[3] was studied using first-principles methods. Theoretical estimations of the effective magnetic moments of the iron and manganese ions, the degree of localization of the 3d states of these ions and the energy gap for different spin configurations of Fe and Mn ions were performed. The nature of the exchange interactions between the transition metal ions was clarified. It has been established that in the antiferromagnetic ordering, the magnetic moments of the iron and manganese ions are very close and have the values of 4.16 and 4.23 mu[B], respectively, herein the 3d states of the Fe ions are localized, while the 3d states of the Mn ions, on the contrary, are delocalized and asymmetric. The presence of a small resulting magnetic moment of 0.012 mu[B] per unit cell is shown. The nonequivalence of the positions of the Fe and Mn ions leading to the formation of an energy gap of 1.28 and 1.48 eV for spin down and spin up channels respectively has been substantiated. The results obtained for the model structure make it possible to describe qualitatively the electronic structure of orthorhombic BiFe[0.5]Mn[0.5]O[3] using a fourfold reduced number of ions as compared to its real structure, and significantly broaden the scope of information obtained by experimental methods on the structure and physical properties of BiFeO[3]-BiMnO[3] solid solutions.