Hyperfine interactions and electronic structure of magnetite

Abstract

Předložená práce se zaměřuje na analýzy experimentálních dat jaderné magnetické rezonance 57 Fe a výsledků ab initio výpočtů pro získání hlubšího vhledu do hyperjemné a elektronové struktury magnetitu pod i nad Verweyovým fázovým přechodem. Parametry hyperjemných interakcí a údaje o elektronové struktuře Cc fáze magnetitu byly extrahovány z výsledků ab initio výpočtů založených na nedávno publikované krystalové struktuře. Publikované experimentální závislosti frekvencí jaderné magnetické rezonance 57 Fe na směru vnějšího magnetického pole byly kvantitativně reanalyzovány, což poskytlo údaje o hyperjemné anizotropii, které byly porovnány s analogickými parametry hyperjemného pole z ab initio výpočtů. Zjištění byla interpretována v kontextu soudobých modelů nábojového uspořádání magnetitu. Pozornost byla věnována také dopadu různých kationtových substitucí a defektů na elektronovou strukturu a hyperjemné interakce v magnetitu projevující se ve spektrech jaderné magnetické rezonance 57 Fe: pod Verweovým přechodem byly analyzovány posuny intenzity signálu; nad Verweyovým přechodem byl pro analýzu teplotní závislosti frekvencí satelitních signálů přizpůsoben model středního pole a anomální teplotní vývoj šířek hlavních čar byl studován ve vztahu k elektrické vodivosti.

The present work focuses on analyses of the experimental 57 Fe nuclear magnetic resonance data and the results of ab initio calculations in order to achieve deeper insight into the hyperfine and electronic structure of magnetite both below and above the Verwey phase transition. Parameters of hyperfine interactions and electronic structure data of the Cc phase of magnetite were extracted from the results of ab initio calculations based on the recently reported crystal structure. Published experimental dependences of the 57 Fe nuclear magnetic resonance frequencies on the external magnetic field direction were quantitatively reanalyzed, yielding hyperfine anisotropy data, which were compared to the analogous hyperfine field parameters from the ab initio calculations. The findings were interpreted in the context of up-to-date charge ordering models for magnetite. Attention was also paid to the impact of various cationic substitutions and defects on the electronic structure and hyperfine interactions in magnetite manifested in the 57 Fe nuclear magnetic resonance spectra: below the Verwey transition, signal intensity shifts in the spectra were analyzed; above the Verwey transition, the mean field model was adapted for an analysis of temperature dependence of satellite signal frequencies, while the anomalous...