Charge and spin density distribution in VSe2 dichalcogenide according to NMR 51V data

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

A polycrystalline sample of VSe2 was studied using magnetometry and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy on 51V nuclei. The values of the components of the magnetic shift tensors and the electric field gradient (EFG) at the location of vanadium nuclei were determined from the processing of the NMR spectra recorded in the range from 300 K to 10 K. It was found that the valence contribution to the EFG is opposite to the lattice contribution. At temperatures below T0 ≈ 110 K, the 51V NMR line undergoes significant inhomogeneous broadening, which is associated with a transition to a state with a charge density wave (CDW). From the data on the 51V NMR line broadening, changes in the quadrupole frequency nQ across the crystal were determined, which is a characteristic of the charge density distribution near the 51V nuclei. A combined analysis of the temperature dependences of the NMR line shift and magnetic susceptibility allowed us to estimate the hyperfine magnetic fields on vanadium nuclei in VSe2 in the CDW state. An estimate was obtained for the difference in spin polarization of various 3d-orbitals of the V ion, which corresponds to the density of electron states with an energy slightly below the Fermi level.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

A. Smolnikov

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: utkin_imp@mail.ru
Rússia, Ekaterinburg

N. Utkin

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin

Autor responsável pela correspondência
Email: utkin_imp@mail.ru
Rússia, Ekaterinburg; Ekaterinburg

M. Kashnikova

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin

Email: utkin_imp@mail.ru
Rússia, Ekaterinburg; Ekaterinburg

Yu. Piskunov

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: utkin_imp@mail.ru
Rússia, Ekaterinburg

V. Ogloblichev

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: utkin_imp@mail.ru
Rússia, Ekaterinburg

A. Sadykov

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: utkin_imp@mail.ru
Rússia, Ekaterinburg

A. Gerashchenko

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: utkin_imp@mail.ru
Rússia, Ekaterinburg

Bibliografia

  1. Katzke H., Tolédano P., Depmeier W. Phase transitions between polytypes and intralayer superstructures in transition metal dichalcogenides // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. P. 134111.
  2. Wilson J.A., Yoffe A.D. The transition metal dichalcogenides discussion and interpretation of the observed optical, electrical and structural properties // Advan. Phys. 1969. V. 18. P. 193–335.
  3. Hibma T. Structural aspects of monovalent cation intercalates of layered dichalcogenides / Intercalation Chemistry. Academic Press. 1982. P. 285–313.
  4. Булаевский Л.Н. Сверхпроводимость и электронные свойства слоистых соединений // Успехи физич. наук. 1975. Т. 116. № 7. С. 449–483.
  5. Huang B., Clark G., Navarro-Moratalla E., Klein D.R., Cheng R., Seyler K.L., Zhong D., Schmidgall E., McGuire M.A., Cobden D.H., Yao W., Xiao D., Jarillo-Herrero P., Xu X. Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit // Nature. 2017. V. 546. P. 270–273.
  6. Gong C., Li L., Li Z., Ji H., Stern A., Xia Y., Cao T., Bao W., Wang C., Wang Y., Qiu Z.Q., Cava R.J., Louie S.G., Xia J., Zhang X. Discovery of intrinsic ferromagnetism in two-dimensional van der Waals crystals // Nature. 2017. V. 546. P. 265–269.
  7. O’Hara D.J., Zhu T., Trout A.H., Ahmed A.S., Luo Y.K., Lee C.H., Brenner M.R., Rajan S., Gupta J.A., McComb D.W., Kawakami R.K. Room temperature intrinsic ferromagnetism in epitaxial manganese selenide films in the monolayer limit // Nano letters. 2018. V. 18. P. 3125–3131.
  8. Bonilla M., Kolekar S., Ma Y., Diaz H.C., Kalappattil V., Das R., Eggers T., Gutierrez H.R., Phan M., Batzill M. Strong room-temperature ferromagnetism in VSe2 monolayers on van der Waals substrates // Nature nanotechnology. 2018. V. 13. P. 289–293.
  9. Gao D., Xue Q., Mao X., Wang W., Xu Q., Xue D. Ferromagnetism in ultrathin VS2 nanosheets // J. Mater. Chem. C. 2013. V. 1. P. 5909–5916.
  10. Chazarin U., Lezoualc’h M., Chou J., Pai W., Karn A., Sankar R., Cyril C., Girard C., Repain V., Bellec A., Rousset S., Smogunov A., Dappe Y., Lagoute J. Formation of monolayer charge density waves and anomalous edge doping in Na doped bulk VSe2 // Adv. Mater. Interfaces. 2023. V. 10. P. 2201680.
  11. Myron H.W. The electronic structure of the vanadium dichalcogenides // Physica B+ C. 1980. V. 99. P. 243–249.
  12. Bayard M., Sienko M.J. Anomalous electrical and magnetic properties of vanadium diselenide // J. Solid State Chem. 1976. V. 19. P. 325–329.
  13. Strocov V., Shi M., Kobayashi M., Monney C., Wang X., Krempasky J., Schmitt T., Patthey L., Berger H., Blaha P. Three-Dimensional Electron Realm in VSe2 by Soft-X-Ray Photoelectron Spectroscopy: Origin of Charge-Density Waves // Phys Rev. Letters. 2012. V. 109. P. 086401.
  14. Thompson A.H., Silbernagel B.G. Correlated magnetic and transport properties in the charge-density-wave states of VSe2 // Phys. Rev. B. 1979. V. 19. P. 3420.
  15. Tsuda T., Kitaoka Y., Yasuoka H. NMR studies of the CDW state in 1T-VSe2 // Physica B+C. 1981. V. 105. P. 414–418.
  16. Prigge C., Müller-Warmuth W., Schöllhorn R. NMR Studies of Lithium Intercalated in the Host Compounds 1T-TiS2, c-TiS2 and VSe2 // Zeitschrift Für Physikalische Chemie. 1995. V. 189. P. 153–168.
  17. Skripov A.V., Stepanov A.P., Shevchenko A.D., Kovalyuk Z.D. NMR study of the charge-density-wave state in VSe2 // Phys. Stat. Sol. (b). 1983. V. 119. P. 401–410.
  18. Skripov A.V., Sibirtsev D.S., Cherepanov Yu.G., Aleksashin B.A. 77Se NMR study of the charge density wave state in 2H-NbSe2 and 1T-VSe2 // J. Phys.: Condensed Matter. 1995. V. 7. P. 4479.
  19. Smol’nikov A.G., Ogloblichev V.V., Germov A.Y., Mikhalev K.N., Sadykov A.F., Piskunov Y.V., Gerashchenko A.P., Yakubovskii A.Y., Muflikhonova M.A., Barilo S.N., Shiryaev S.V. Charge Distribution and Hyperfine Interactions in the CuFeO2 Multiferroic According to 63,65Cu NMR Data // JETP Letters. 2018. V. 107. P. 134–138.
  20. Ogloblichev V.V., Smolnikov A.G., Sadykov A.F., Piskunov Y.V., Gerashchenko A.P., Furukawa Y., Kumagai K., Yakubovskii A.Y., Mikhalev K.N., Barilo S.N., Shhiryaev S.V., Belozerov A.S. 17O NMR study of the triangular lattice antiferromagnet CuCrO2 // J. Magn. Magn. Mater. 2018. V. 458. P. 1–9.
  21. Sadykov A.F., Piskunov Y.V., Gerashchenko A.P., Ogloblichev V.V., Smol’nikov A.G., Verkhovskii S.V., Arapova I.Y., Volkova Z.N., Mikhalev K.N., Bush A.A. NMR study of the paramagnetic state of low-dimensional magnets LiCu2O2 and NaCu2O2 // J. Exp. Theoret. Phys. 2017. V. 124. P. 286–294.
  22. Chen G., Howard S.T., Maghirang A.B., Nguyen C.K., Villaos R.A.B., Feng L.Y., Chai K., Ganguli S.C., Sweich W., Morosan E., Oleynik I.I., Chuang F.C., Lin H., Madhavan V. Correlating structural, electronic, and magnetic properties of epitaxial VSe2 thin films // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 115149.
  23. He J., Xie Q., Xu G. Confinement effect enhanced Stoner ferromagnetic instability in monolayer 1T-VSe2 // New J. Phys. 2021. V. 23. P. 023027.
  24. Karbalaee Aghaee A., Belbasi S., Hadipour H. Ab initio calculation of the effective Coulomb interactions in MX 2 (M= Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni; X= S, Se, Te): Intrinsic magnetic ordering and Mott phase // Phys. Rev. B. 2022. V. 105. P. 115115.
  25. Sherokalova E.M., Selezneva N.V., Pleshchev V.G. Electrical and magnetic properties of vanadium diselenide intercalated with chromium atoms // Phys. Solid State. 2022. V. 64. P. 434–439.
  26. DiSalvo F.J., Waszczak J.V. Magnetic studies of VSe2 // Phys. Rev. B. 1981. V. 23. P. 457.
  27. Геращенко А.П., Верховский С.В., Садыков А.Ф., Смольников А.Г., Пискунов Ю.В., Михалев К.Н. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018663091. Simul 2018.
  28. Slichter C.P. Principles of magnetic resonance. Springer Science & Business Media. 2013. V. 1. P. 657.
  29. Abragam A. The Principles of Nuclear Magnetism. Clarendon Press, 1961. P. 580.
  30. Stauss G.H. Nuclear magnetic resonance determination of some microscopic parameters of LiAl5O8 // J. Chem. Phys. 1964. V. 40. P. 1988–1991.
  31. Kushida T., Benedek G.B., Bloembergen N. Dependence of the pure quadrupole resonance frequency on pressure and temperature // Phys. Rev. 1956. V. 104. P. 1364.
  32. Гречишкин В.С. Ядерные квадрупольные взаимодействия в твердых телах. 1973. С. 264.
  33. Gippius A.A., Gunbin A.V., Iarygina D.A., Tkachev A.V., Zhurenko S.V., Verchenko V.Yu., Plenkin D.S., Shevelkov A.V. Microscopic properties of Mo4Ga20Sb intermetallic superconductor in normal and superconducting states as evidenced by NMR and NQR spectroscopy // J. Alloys Compounds. 2022. V. 927. P. 166970.
  34. Wiegers G.A. The characterisation of VSe2: A study of the thermal expansion // J. Phys. C: Solid State Physics. 1981. V. 14. P. 4225–4235.
  35. Sen K.D., Narasimhan P.T. Sternheimer antishielding factors for core electrons in metals: Comparison with free-ion results // Phys. Rev. A. 1977. V. 16. P. 1786–1788.
  36. Hanzawa Katsurou. Analysis of the electric field gradients and the Knight shifts at all Cu and O nuclei in YBa2Cu3O7 // J. Phys. Soc. Japan. 1993. V. 62. P. 3302–3314.
  37. Koh A.K., Miller D.J. Hyperfine coupling constants and atomic parameters for electron paramagnetic resonance data // Atomic data and nuclear data tables. 1985. V. 33. P. 235–253.
  38. Yadav C.S., Rastogi A.K. Electronic transport and specific heat of 1T-V Se2 // Solid State Com. 2010. V. 150. P. 648–651.
  39. Creel R.B., Segel S.L., Schoenberger R.J., Barnes R.G., Torgeson D.R. Nuclear magnetic resonance study of the transition metal monoborides. II. Nuclear electric quadrupole and magnetic shift parameters of the metal nuclei in VB, CoB, and NbB // J. Chem. Phys. 1974. V. 60. P. 2310–2322.
  40. Clogston A.M., Gossard A.C., Jaccarino V., Yafet Y. Orbital paramagnetism and the Knight shift in transition metal superconductors // Rev. Modern Phys. 1964. V. 36. P. 170–175.
  41. Carter G.C., Bennett L.H., Kahan D.J. Metallic Shifts in NMR. Volume 20 of Progress in Materials Science. In four parts. Oxford: Pergamon Press, 1977. P. 2326.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Two types of environment of metal atoms by chalcogen atoms using the example of (a) VSe2 – octahedral and (b) NbSe2 – trigonal-prismatic; (c) fragment of the crystal structure of VSe2.

Baixar (289KB)
Metadados
3. Fig. 2. Temperature dependence of magnetic susceptibility of VSe2 sample synthesized at 580°C and approximation of low-temperature part of data by Curie–Weiss dependence. Inset shows data on susceptibility of VSe2 sample synthesized at 800°C.

Baixar (62KB)
Metadados
4. Fig. 3. The 51V NMR spectrum measured at a temperature of T = 116 K in an external magnetic field of H0 = 92.8 kOe. The blue dotted line is the result of modeling the spectrum of the theoretical curve. The dashed line indicates the frequency corresponding to the zero shift.

Baixar (45KB)
Metadados
5. Fig. 4. 51V NMR spectra obtained in the temperature range from 10 to 300 K.

Baixar (122KB)
Metadados
6. Fig. 5. NMR spectrum of 51V and its modeling of the theoretical curve.

Baixar (60KB)
Metadados
7. Fig. 6. Temperature dependence of the quadrupole frequency obtained from the analysis of spectral lines. The inset shows the temperature dependence of the broadening of the central transition lines and the first pair of satellites ( ).

Baixar (19KB)
Metadados
8. Fig. 7. Temperature dependences of the isotropic Kiso and axial Kax components of the magnetic shift tensor of the 51V NMR line.

Baixar (11KB)
Metadados
9. Fig. 8. Dependences of the isotropic Kiso and axial Kax components of the 51V NMR line magnetic shift tensor on the magnetic susceptibility χ0 in VSe2 with CDW. Straight lines are the result of data approximation.

Baixar (17KB)
Metadados
10. Fig. 9. Dependencies of the Kxx,yy,zz components of the axial contribution. Straight lines are the result of data approximation.

Baixar (15KB)
Metadados
11. Fig. 10. The upper part of the figure shows the function from expression (12). The lower part shows the density of states of the 3d electrons of the vanadium ion, calculated in [10]. The dashed lines indicate the energies E–EF, corresponding to the obtained estimates of the STP.

Baixar (74KB)
Metadados


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».