Superéchange

Résumé

Le superéchange (ou le superéchange de Kramers et Anderson) est le couplage antiferromagnétique fort (normalement) entre deux cations qui sont deuxièmes voisins à travers un anion non-magnétique. Il diffère ainsi de l'échange direct pour lequel il y a couplage entre des cations qui sont voisins immédiats sans impliquer un anion intermédiaire. Le superéchange est la conséquence du fait que les électrons proviennent du même atome donneur et sont couplés avec les spins des ions accepteurs. Si les deux cations qui sont deuxièmes voisins sont liés à à l'anion pont non-magnétique, alors l'interaction peut être une interaction ferromagnétique. Le superéchange est proposé par Hendrik Kramers en 1934 lorsqu'il remarque que dans des cristaux tels que ceux d'oxyde de manganèse(II) (MnO), il y a une interaction entre des atomes de Mn malgré la présence des atomes non-magnétiques d'oxygène entre eux. Puis Philip Anderson améliore le modèle de Kramers en 1950. Les propriétés magnétiques d'une ga

Source officielle

https://fr.wikipedia.org/wiki/Super%C3%A9change

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By ab initio many-body quantum chemistry calculations, we determine the strength of the symmetric anisotropy in the 5d5 j ~ 1/2 layered material Ba2IrO4. While the calculated anisotropic couplings come out in the range of a few meV, orders of magnitude stronger than in analogous 3d transition-metal compounds, the Heisenberg superexchange still defines the largest energy scale. The ab initio results reveal that individual layers of Ba2IrO4 provide a close realization of the quantum spin-1/2 Heisenberg-compass model on the square lattice. We show that the experimentally observed basal-plane antiferromagnetism can be accounted for by including additional interlayer interactions and the associated order-by-disorder quantum-mechanical effects, in analogy to undoped layered cuprates.

2014

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Establishing the physical mechanism governing exchange interactions is fundamental for exploring exotic phases such as quantum spin liquids in real materials. In this Letter, we address exchange interactions in Sr2CuTexW1-xO6, a series of double perovskites that realize a spin-1/2 square lattice and are suggested to harbor a quantum spin liquid ground state arising from the random distribution of nonmagnetic ions. Our ab initio multireference configuration interaction calculations show that replacing Te atoms with W atoms changes the dominant couplings from nearest to next-nearest neighbor due to the crucial role of unoccupied states of the nonmagnetic ions in the super-superexchange mechanism. Combined with spin-wave theory simulations, our calculated exchange couplings provide an excellent description of the inelastic neutron scattering spectra of the parent compounds, as well as explaining that the magnetic excitations in Sr2CuTe0.5W0.5O6 emerge from bond-disordered exchange couplings. Our results demonstrate the crucial role of the nonmagnetic cations in exchange interactions paving the way to further explore quantum spin liquid phases in bond-disordered materials.

AMER PHYSICAL SOC2020

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The hemocyanin protein binds and transports molecular oxygen via two copper atoms at its core. The singlet state of the Cu2O2 core is thought to be stabilised by a superexchange pathway, but detailed in situ computational analysis is complicated by the multi-reference character of the electronic ground state. Here, electronic correlation effects in the functional site of hemocyanin are investigated using a novel approach, treating the localised copper 3d electrons with cluster dynamical mean field theory. This enables us to account for dynamical and multi-reference quantum mechanics, capturing valence and spin fluctuations of the 3d electrons. Our approach explains the stabilisation of the experimentally observed di-Cu singlet for the butterflied Cu2O2 core, with localised charge and incoherent scattering processes across the oxo-bridge that prevent long-lived charge excitations. This suggests that the magnetic structure of hemocyanin is largely influenced by the many-body corrections.

NATURE PUBLISHING GROUP2020

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