科学评论\（第5em段）

基础 进展

国际标准编号：2053-2733

第70卷| 第1部分| 2014年1月| 第1-2页

doi:10.1107/S2053273313033925

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关于磁偶分布函数的思考

威廉·拉特克利夫二世^一*

^一美国马里兰州盖瑟斯堡NIST中子研究中心，邮编：20899
^*通信电子邮件：威廉姆.ratcliff@nist.gov

讨论了全散射方法在磁性系统中的最新应用。确定磁对分布函数的能力为研究从多铁到稀磁半导体的磁性系统的局部有序性打开了大门。

关键词： 磁性；全散射；中子散射.

磁铁围绕着我们。它们将提醒卡固定在冰箱上，将数据存储在硬盘上，用于汽车发动机，并将信息编码在信用卡上。虽然我们在确定磁矩在材料中的顺序方面取得了很大进展，但我们感兴趣的材料已经变得越来越复杂。对于许多这些新材料来说，理解纳米级自旋的有序模式至关重要。Frandsen的论文等。(2014)介绍了一种观察磁矩顺序的新方法，即使顺序仅在局部尺度上。

在传统晶体学中，我们能够根据整体晶格对称性，使用衍射来确定有序材料的平均结构。考虑到基于这种对称性的约束，我们已经能够精确地确定原子的位置和种类。然而，在许多现代材料中，存在着与平均对称性的偏差，这些复杂材料的性能严重依赖于其局部结构。许多现代材料都是从母体化合物开始，并通过化学掺杂剂等修饰来定制其性能，其中与长程平均结构（微观结构）的局部偏差严重决定了所需的性能。为了解决这个问题，开发了总散射法（Toby&Egami，1992; 德莫夫斯基等。, 1988; Egami&Billinge，2013年). 在这种技术中，原子对分布函数（PDF）是由包括布拉格散射和漫散射的测量值确定的。数据的傅里叶变换给出了材料中实际空间相关性的测量值；特别地，它是材料中成对原子分离距离的直方图。PDF的使用已经成为主流，并且在解释几个系统中的基本物理方面至关重要。除此之外，PDF技术在描述从高-T型_c（c）超导体到巨大的磁阻材料。

然而，直到现在，PDF方法还没有系统地扩展到磁性系统。在本期中，Frandsen等。(2014)将总散射技术扩展到磁性材料，使用中子作为探针。在他们的文章中，他们推导了描述磁对分布函数（mPDF）的开创性方程，并对几个示例系统进行了计算。mPDF由一个术语组成，让人联想到原子PDF，它测量给定一对矩之间垂直于分离轴的矩的投影的成对相关性。然而，有一个全新的术语，它在第页并受局部自旋关联的调制。作者计算了几个示例系统的mPDF，并表明它对磁矩相对于局部晶体轴的方向很敏感。然而，由于粉末中存在取向平均，这些信息会丢失。幸运的是，该技术对耦合的性质仍然相当敏感。在他们的例子中，即使在粉末平均值之后，铁磁和反铁磁耦合的mPDF之间的差异也是惊人的。

在未来，有几个系统可能证明该技术是卓有成效的。确定局部磁性结构如何随着晶体结构非常激动人心（见图1). 多铁电体是一种同时具有铁电和磁性的材料顺序参数存在。氧化铋_三是一种室温下的多铁合金，一直是研究的热点。这种材料是一种G型反铁磁体（其中自旋沿[111]方向交替），外加长波长调制（索斯诺斯卡等。, 1982). 对于设备应用，有一个可以由电场控制的铁磁性部件将是有用的。理论预测，该化合物中力矩的首选方向在很大程度上取决于A类-位离子（Weingart等。, 2012). 它还预测，弱铁磁性成分应该存在，如果调制被抑制，可能会产生净力矩（否则，当材料平均时，它会抵消）。用La掺杂系统确实抑制了调制（Sosnowska等。, 1993). 磁性PDF测量可以揭示当局部环境发生变化时，局部磁结构是如何变化的。另一个有趣的系统是Y₂钼₂O（运行）₇焦绿石晶格。在这种材料中，Mo自旋位于共享角四面体的网络上。最近邻自旋是反铁磁耦合的。然而，晶格的几何形状不允许自旋以低能量配置排序，并且我们期望材料是自旋液体。相互作用的强度应取决于力矩之间的距离。标准晶体学测量表明没有无序。然而，该材料的磁性测量显示出玻璃状而非自旋-液体行为。X射线吸收精细结构（XAFS）分析解开了这个谜团，它揭示了局部系统是无序的（布斯等。, 2000). 也就是说，键长略有不同，这导致材料内部的相互作用强度不同。这就是导致玻璃状行为的原因。将mPDF分析应用于这个系统，看看局部无序是如何改变局部磁结构的，这将是一件有趣的事情。在稀磁半导体的情况下，这项技术也很可能被证明是强大的，在这种情况下，观察杂质附近的磁性结构如何变化将是一件有趣的事情。mPDF技术在揭示复杂材料的局部磁性结构方面具有广阔的前景。

图1 局部晶体结构的变化如何导致局部磁性结构的变化。在这幅漫画中，用“绿色”原子代替红色原子会导致磁矩方向的局部变化。