各向异性Mo2FeB2型M1.5Mn1.5B2（M = Mo, W）材料中的高矫顽力自旋玻璃

《Journal of the American Chemical Society》：High-Coercivity Spin Glasses in Anisotropic Mo2FeB2-Type M1.5Mn1.5B2 (M = Mo, W)

自旋玻璃与高矫顽力Mo?.?Mn?.?B?和W?.?Mn?.?B?的合成、结构与磁性能研究。

　　

兼具自旋玻璃行为和硬磁矫顽力的磁性材料对基础研究和应用研究都具有重要意义。在本研究中，我们观察到Mo_1.5Mn_1.5B₂样品表现出自旋玻璃行为，同时其内在矫顽力高达302.4 kA/m（H_c = 3.80 kOe），而W_1.5Mn_1.5B₂样品的矫顽力为175.1 kA/m（H_c = 2.20 kOe）。这两种材料都属于Mo₂FeB₂型结构，该结构以其优异的力学性能而闻名，并被认为是潜在的反铁磁材料。通过调控成分的固态合成方法制备出了单相样品，有效解决了以往的相纯度问题。温度依赖性的磁化率测量结果显示：Mo_1.5Mn_1.5B₂在临界温度T_g = 29 K以下表现出自旋玻璃行为，W_1.5Mn_1.5B₂则在T_g = 43 K（即重入型簇自旋玻璃）时呈现自旋玻璃行为；同时W_1.5Mn_1.5B₂在70 K时发生铁磁（FM）转变。交流磁化率（χ′）测量发现，随着频率的增加，磁化率峰值向更高温度移动，这证实了两种化合物中都存在动态自旋冻结现象。密度泛函理论（DFT）计算表明，这两种材料中存在强烈的铁磁（FM）与反铁磁（AFM）相互作用，导致FM、AFM和铁磁（FiM）序相互竞争；其中Mo_1.5Mn_1.5B₂中FiM/AFM的自旋交换能（ΔE_ex = 28–98 meV/f.u.）大于FM的交换能，而W_1.5Mn₁₅B₂中的ΔE_ex = 53–131 meV/f.u.。磁晶各向异性能（MAE）为单轴性的，沿轴方向，分别为Mo -0.17 meV/f.u.和W -0.10 meV/f.u.，这与实验观察到的较大磁滞现象相符；Mo_1.5Mn_1.5B₂的较高矫顽力与其较强的AFM相互作用密切相关。这些发现为开发Mo₂FeB₂型多功能材料提供了基础，使其应用范围超越了传统的结构材料领域。