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Magnetic Structure and Exchange Interactions in Quasi-One-Dimensional MnCl2(urea)2
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2015-12-08 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b02162
Jamie L Manson 1 , Qing-Zhen Huang 2 , Craig M Brown 2, 3 , Jeffrey W Lynn 2 , Matthew B Stone 4 , John Singleton 5 , Fan Xiao 6
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2015-12-08 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b02162
Jamie L Manson 1 , Qing-Zhen Huang 2 , Craig M Brown 2, 3 , Jeffrey W Lynn 2 , Matthew B Stone 4 , John Singleton 5 , Fan Xiao 6
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MnCl2(urea)2 is a new linear chain coordination polymer that exhibits slightly counter-rotated Mn2Cl2 rhomboids along the chain-axis. The material crystallizes in the noncentrosymmetric orthorhombic space group Iba2, with each Mn(II) ion equatorially surrounded by four Cl– that lead to bibridged ribbons. Urea ligands coordinate via O atoms in the axial positions. Hydrogen bonds of the Cl···H–N and O···H–N type link the chains into a quasi-3D network. Magnetic susceptibility data reveal a broad maximum at 9 K that is consistent with short-range magnetic order. Pulsed-field magnetization measurements conducted at 0.6 K show that a fully polarized magnetic state is achieved at Bsat = 19.6 T with another field-induced phase transition occurring at 2.8 T. Zero-field neutron diffraction studies made on a powdered sample of MnCl2(urea)2 reveal that long-range magnetic order occurs below TN = 3.2(1) K. Additional Bragg peaks due to antiferromagnetic (AFM) ordering can be indexed according to the Ib′a2′ magnetic space group and propagation vector τ = [0, 0, 0]. Rietveld profile analysis of these data revealed a Néel-type collinear ordering of Mn(II) ions with an ordered magnetic moment of 4.06(6) μB (5 μB is expected for isotropic S = 5/2) oriented along the b-axis, i.e., perpendicular to the chain-axis that runs along the c-direction. Owing to the potential for spatial exchange anisotropy and the pitfalls in modeling bulk magnetic data, we analyzed inelastic neutron scattering data to retrieve the exchange constants: Jc = 2.22 K (intrachain), Ja = −0.10 K (interchain), and D = −0.14 K with J > 0 assigned to AFM coupling. This J configuration is most unusual and contrasts the more commonly observed AFM interchain coupling of 1D chains.
中文翻译：
准一维 MnCl2(尿素)2 中的磁性结构和交换相互作用
MnCl 2 (尿素) 2是一种新型线性链配位聚合物，其沿链轴呈现轻微反向旋转的Mn 2 Cl 2菱形。该材料在非中心对称正交空间群Iba 2 中结晶，每个 Mn(II) 离子均被四个 Cl 平直包围，从而形成双桥带。尿素配体通过轴向位置的 O 原子进行配位。Cl…H–N 和 O…H–N 型氢键将链连接成准 3D 网络。磁化率数据显示 9 K 处有一个宽的最大值，这与短程磁序一致。在 0.6 K 下进行的脉冲场磁化测量表明，在B sat = 19.6 T 时实现了完全极化的磁态，并在 2.8 T 处发生了另一个场感应相变。对 MnCl 2粉末样品进行的零场中子衍射研究(urea) 2表明，长程磁序发生在T N = 3.2(1) K 以下。反铁磁 (AFM) 有序引起的附加布拉格峰可以根据Ib ′ a 2′ 磁空间群和传播矢量 τ进行索引= [0, 0, 0]。对这些数据的 Rietveld 剖面分析揭示了 Mn(II) 离子的 Néel 型共线排序，其有序磁矩为 4.06(6) μ B（各向同性S = 5 / 2预计为5 μB），沿b -取向轴，即垂直于沿c方向延伸的链轴。由于空间交换各向异性的潜力以及对体磁数据建模的缺陷，我们分析了非弹性中子散射数据以检索交换常数：J c = 2.22 K（链内）、J a = -0.10 K（链间）和D = −0.14 K，其中J > 0 分配给 AFM 耦合。这种J配置是最不寻常的，与更常见的一维链 AFM 链间耦合形成对比。
更新日期：2015-12-08
中文翻译：
准一维 MnCl2(尿素)2 中的磁性结构和交换相互作用
MnCl 2 (尿素) 2是一种新型线性链配位聚合物，其沿链轴呈现轻微反向旋转的Mn 2 Cl 2菱形。该材料在非中心对称正交空间群Iba 2 中结晶，每个 Mn(II) 离子均被四个 Cl 平直包围，从而形成双桥带。尿素配体通过轴向位置的 O 原子进行配位。Cl…H–N 和 O…H–N 型氢键将链连接成准 3D 网络。磁化率数据显示 9 K 处有一个宽的最大值，这与短程磁序一致。在 0.6 K 下进行的脉冲场磁化测量表明，在B sat = 19.6 T 时实现了完全极化的磁态，并在 2.8 T 处发生了另一个场感应相变。对 MnCl 2粉末样品进行的零场中子衍射研究(urea) 2表明，长程磁序发生在T N = 3.2(1) K 以下。反铁磁 (AFM) 有序引起的附加布拉格峰可以根据Ib ′ a 2′ 磁空间群和传播矢量 τ进行索引= [0, 0, 0]。对这些数据的 Rietveld 剖面分析揭示了 Mn(II) 离子的 Néel 型共线排序，其有序磁矩为 4.06(6) μ B（各向同性S = 5 / 2预计为5 μB），沿b -取向轴，即垂直于沿c方向延伸的链轴。由于空间交换各向异性的潜力以及对体磁数据建模的缺陷，我们分析了非弹性中子散射数据以检索交换常数：J c = 2.22 K（链内）、J a = -0.10 K（链间）和D = −0.14 K，其中J > 0 分配给 AFM 耦合。这种J配置是最不寻常的，与更常见的一维链 AFM 链间耦合形成对比。
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