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Theoretica chimica acta

, Volume 9, Issue 2, pp 151–170 | Cite as

Magnetic properties of transition metal ion cubic 5T2 terms in axial ligand fields

I. Magnetic anisotropy and principal magnetic susceptibilities
  • E. König
  • A. S. Chakravarty
Commentationes

Abstract

The theory of magnetic anisotropy and susceptibility is worked out for cubic 5T2 terms, the degeneracy of which is partially lifted by a ligand field component of axial symmetry as well as by spin-orbit coupling. Matrix elements are calculated by application of the method of Abragam and Pryce to a set of M.O. based wave-functions. The anisotropy in covalency of the metal-ligand bond and in spin-orbit coupling is taken into account. Numerical values of principal magnetic moments, P and P, are calculated as function of kT/λ, δ/λ, and κ.

The theoretical results are employed in a rigorius analysis of existing single crystal magnetic data on high-spin iron(II) compounds. For (NH4)2Fe(SO4)2·6 H2O, λ=−100 cm−1, δ=1070 cm−1 and κ=0.8 to 0.6 is obtained. For FeSiF6·6 H2O, λ=−80 cm−1, δ=−760cm−1 at 77.3‡K and −580 cm−1 between 20.4 and 1.57‡K, and κ ∼0.7 is derived. No unique fit is possible for K2Fe(SO4)2·6 H2O. The data are reproduced to better than ±1% in most cases. The limitations of the approach are stressed.

Keywords

Anisotropy Magnetic Property Matrix Element Theoretical Result Axial Symmetry 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Zusammenfassung

Die Theorie der magnetischen Anisotropie und der magnetischen SuszeptibilitÄt eines 5T2 Grundterms im oktaedrischen Ligandenfeld wird für den Fall entwickelt, da\ die Entartung unter dem Einflu\ einer axial-symmetrischen Feldkomponente sowie der Spin-Bahn-Wechselwirkung teilweise aufgehoben ist. Eigenfunktionen werden auf der Grundlage der M.O.-Theorie aufgestellt, Matrixelemente mittels der Theorie von Abragam und Pryce ermittelt. Der Anisotropie der Metall-Ligand-Bindung sowie der Spin-Bahn-Kopplung wird Rechnung getragen. Numerische Werte für die magnetischen Hauptmomente P und P werden in AbhÄngigkeit von kT/λ, δ/λ und κ berechnet.

Die Ergebnisse der Theorie werden für eine genaue Analyse der verfügbaren magnetischen Daten aus Messungen an Einkristallen magnetisch normaler Eisen(II)-Verbindungen verwendet. Für (NH4)2Fe(SO4)2·6 H2O werden λ=−100 cm−1, δ= 1070 cm−1 und κ= 0,8 bis 0,6 erhalten. Für FeSiF6·6 H2O ergeben sich λ=−80 cm−1, δ=−760 cm−1 bei 77,3‡K und δ=−580 cm−1 zwischen 20,4 und 1,57‡K sowie κ ∼0,7. Die experimentellen Daten können in den meisten FÄllen auf ±1% genau oder besser wiedergegeben werden. Bei K2Fe(SO4)2·6 H2O gelang keine eindeutige Bestimmung der theoretischen Parameter. Die Grenzen der vorliegenden Behandlung werden kritisch diskutiert.

Résumé

La théorie de l'anisotropie magnétique et de la susceptibilité magnétique est développée pour les termes cubiques 5T2, dont la dégénérescence est partiellement levée par une composante à symétrie axiale du champ de ligandes ainsi que par le couplage spin-orbite. Les éléments de matrice sont calculés à l'aide de la méthode d'Abragam et Pryce employée sur un système M.O. des fonctions d'onde de base. On a pris en consideration l'anisotropie de la liaison entre le metal et le ligand et aussi du couplage spin-orbite. Les valeurs numériques des moments magnétiques principaux P et P sont calculées en fonction de kT/λ, δ/λ, et κ.

Les résultats théoriques sont employés dans une analyse détaillée des données magnétiques disponibles sur monocristaux des composés ferreux spin-élevés. Pour (NH4)2Fe(SO4)2·6 H2O on a obtenu λ=−100 cm−1, ‡=1070 cm−1 et κ=0.8 à 0,6. Pour FeSiF6·6 H2O on a eu comme résultat λ=−80 cm−1, δ=−760 cm−1 à 77,3 ‡K et δ =−580 cm−1 entre 20,4 et 1,57‡K avec κ ∼0,7. Les valeurs expérimentales sont réprésentées dans la plupart de cas plus précises que ±1%. Au cas de K2Fe(SO4)2·6 H2O une détermination unique était impossible. Les limites de cette approximation sont discutées.

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Copyright information

© Springer-Verlag 1967

Authors and Affiliations

  • E. König
    • 1
  • A. S. Chakravarty
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  1. 1.Mellon InstitutePittsburghUSA

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