Магнетизм слоистых тиофосфатов переходных металлов MPS₃ (M = Mn, Fe и Ni)

Измерены анизотропные магнитные восприимчивости монокристаллов слоистых тиофосфатов переходных металлов MnPS₃, FePS₃ и NiPS₃ в зависимости от температуры. При низких температурах эти материалы переходят в антиферромагнитное состояние; температуры Нееля составляют соответственно 78, 123 и 155 K. В упорядоченном состоянии ось намагничивания расположена перпендикулярно слоям для MnPS₃ и FePS₃, тогда как для NiPS₃ она лежит в плоскости слоя. В парамагнитной области анизотропия этих соединений различается: восприимчивость MnPS₃ изотропна, для NiPS₃ наблюдается лишь слабая анизотропия, тогда как FePS₃ характеризуется сильно анизотропной восприимчивостью. Анизотропные восприимчивости были проанализированы для получения информации о состоянии магнитных ионов и природе магнитных взаимодействий между ними. Результаты показывают, что MnPS₃, FePS₃ и NiPS₃ образуют уникальный класс соединений. Хотя все три соединения изоструктурны, а их магнитная решётка представляет собой двумерную蜂 сотоподобную структуру, размерности спина у них различаются. Соединение MnPS₃ наиболее точно описывается изотропным гамильтонианом Гейзенберга, FePS₃ — моделью Изинга, а NiPS₃ — анизотропным гамильтонианом Гейзенберга. Обсуждается происхождение анизотропии в этих соединениях; показано, что она обусловлена совместным влиянием спин-орбитального взаимодействия и тригонального искажения октаэдров MS₆. По анизотропным парамагнитным восприимчивостям были определены константа магнитного обмена J и энергии расщепления основного состояния ионов переходных металлов в нулевом магнитном поле.