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Low-Temperature Surface Phase Transitions in Multiferroic BiFeO3 Nanocrystals Probed via Electron Paramagnetic Resonance
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2021-11-01 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c06587 Shankari Nadupalli 1 , Feng Yan 2 , Emre Erdem 3
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2021-11-01 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c06587 Shankari Nadupalli 1 , Feng Yan 2 , Emre Erdem 3
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The low-temperature phase transitions observed in magnetoelectric bismuth ferrite (BiFeO3, BFO) have recently been a topic of interest to several researchers. This communication focuses on connecting recent structural revelations, such as the existence of a “skin” layer in BFO, the lattice contraction, and subsequent expansions in the skin layers with X-band electron paramagnetic resonance (EPR) spectra. A closer look at Lande’s g-factor and the EPR asymmetry parameters reveal vital information about the origin of the phase transitions at 140, 200, and 280 K. Correlating the EPR results with existing theoretical calculations indicates that oxygen vacancies (VO) accumulate at the skin layer, causing lattice contraction. This contraction causes local changes in the spin magnetic moment and translates to an anomaly in the resonant lines. The discussions imply that the phase transition at 140 K is due to spin reorientation caused by changes of interatomic distances and angles between the FeFe3+2+–VO••–FeFe3+2+ sites. Transition at 200 K is observed to occur due to elastic distortion of the oxygen octahedra. The transition at 280 K is thought to be due to the freezing of spins in the lattice.
中文翻译：
通过电子顺磁共振探测多铁性 BiFeO3 纳米晶体的低温表面相变
在磁电铋铁氧体 (BiFeO 3 , BFO) 中观察到的低温相变最近成为一些研究人员感兴趣的话题。本次交流的重点是连接最近的结构启示，例如 BFO 中“皮肤”层的存在、晶格收缩以及皮肤层中随后的膨胀与 X 波段电子顺磁共振 (EPR) 光谱。仔细观察 Lande 的g因子和 EPR 不对称参数，可以揭示有关 140、200 和 280 K 相变起源的重要信息。将 EPR 结果与现有理论计算相关联表明氧空位 (V O) 在表层积聚，引起晶格收缩。这种收缩导致自旋磁矩的局部变化，并转化为共振线的异常。讨论表明，在 140 K 时的相变是由于 Fe Fe 3+ 2+ –V O •• –Fe Fe 3+ 2+位点之间原子间距离和角度的变化引起的自旋重新定向。由于氧八面体的弹性变形，观察到在 200 K 发生转变。280 K 处的转变被认为是由于晶格中的自旋冻结所致。
更新日期：2021-11-11
中文翻译：
通过电子顺磁共振探测多铁性 BiFeO3 纳米晶体的低温表面相变
在磁电铋铁氧体 (BiFeO 3 , BFO) 中观察到的低温相变最近成为一些研究人员感兴趣的话题。本次交流的重点是连接最近的结构启示，例如 BFO 中“皮肤”层的存在、晶格收缩以及皮肤层中随后的膨胀与 X 波段电子顺磁共振 (EPR) 光谱。仔细观察 Lande 的g因子和 EPR 不对称参数，可以揭示有关 140、200 和 280 K 相变起源的重要信息。将 EPR 结果与现有理论计算相关联表明氧空位 (V O) 在表层积聚，引起晶格收缩。这种收缩导致自旋磁矩的局部变化，并转化为共振线的异常。讨论表明，在 140 K 时的相变是由于 Fe Fe 3+ 2+ –V O •• –Fe Fe 3+ 2+位点之间原子间距离和角度的变化引起的自旋重新定向。由于氧八面体的弹性变形，观察到在 200 K 发生转变。280 K 处的转变被认为是由于晶格中的自旋冻结所致。
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