Structural and Magnetic Transitions Caused by Dimer Formation in the CrCl3-MoCl3 Solid Solution

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Samuel Froeschke - , Professur für Experimentelle Festkörperphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Kranthi Kumar Bestha - , Professur für Experimentelle Festkörperphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Rico Fucke - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Sandra Schiemenz - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Alexey Popov - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Marco Naumann - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Martin Knupfer - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Bergakademie Freiberg (Autor:in)
  • Lars Giebeler - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Daniel Wolf - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Ranjith Kumar Kizhake Malayil - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Saramgi Chencheriparambil Sivan - , Professur für Experimentelle Festkörperphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Hans Joachim Grafe - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Nico Gräßler - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Laura T. Corredor - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Anja U.B. Wolter - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Bernd Büchner - , Professur für Experimentelle Festkörperphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Peer Schmidt - , Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (Autor:in)
  • Silke Hampel - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)

Abstract

In this work, we apply the concept of solid solutions to the two 2D transition metal trihalides CrCl3 and MoCl3. While CrCl3 belongs to the magnetically active CrX3 family, the magnetism in MoCl3 is intrinsically suppressed by the formation of aligned Mo-Mo dimers, which also distort the regular honeycomb lattice that is typical for the 2D transition metal trihalides. We report suitable synthesis conditions for the gapless solid solution and crystal growth by chemical vapor transport. The CrCl3-MoCl3 solid solution was initially synthesized at 650 °C for 100 h under addition of MoCl5 as mineralizer, and bulk crystals were subsequently grown by vapor transport in a temperature gradient from 600 °C → 550 °C for 60 h. The obtained solid solution exhibits multiple composition-dependent phase transitions at room temperature, as confirmed by powder X-ray diffraction measurements. The possible presence of Mo-Mo dimers in the solid solution was further investigated by infrared, Raman, electron energy loss, and nuclear quadrupole resonance spectroscopies. The combined results indicate that the Mo-Mo dimers are present over a wide range of compositions. Their orientation changes from parallel alignment for compositions from 70% ≤ c(Mo3+) ≤ 100% to random orientation for samples with c(Mo3+) < 70% content, which significantly affects the course of lattice parameters. Finally, the magnetic properties of the powder samples show a correlation between the Mo3+ content and the transition temperature into the low-temperature phase.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)4240 - 4253
Seitenumfang14
FachzeitschriftChemistry of materials
Jahrgang36
Ausgabenummer9
PublikationsstatusVeröffentlicht - 14 Mai 2024
Peer-Review-StatusJa