Chúng tôi đã khảo sát một cách có hệ thống về ảnh hưởng của pha tạp Cr đến cấu trúc tinh thể và tính chất từ của hệ Bi_0.5La_0.5 Fe_1-xCr_xO_3-δ  (x = 0; 0,05; 0,10; 0,20 và 0,40) bằng cách kết hợp các phép đo nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction -XRD), nhiễu xạ neutron (Neutron powder diffraction - NPD), chụp ảnh bề mặt bằng kính hiển vi điện tử (Scanning Electron Microscope - SEM), tán xạ Raman (Raman scattering - RS) và các phép đo từ hóa. Kết quả cho thấy ảnh hưởng mạnh mẽ của pha tạp Cr lên các đặc tính hình thái, tinh thể và từ tính của các hợp chất. Tất cả các mẫu đều có cấu trúc tinh thể Pnma trực thoi không phân cực. Với x = 0,40, quan sát thấy một lượng tạp chất nhỏ LaCrO₃ cho biết giới hạn tan của Cr trong Bi_0,5La_0,5FeO₃.  Khi pha tạp Cr, kích thước tinh thể tăng đột ngột từ kích thước nano 31nm đối với x = 0 đến kích thước lớn đối với mẫu pha tạp: 400 nm, 380 nm, 500 nm và 740 nm tương ứng với x = 0,05, 0,10, 0,20 và 0,40. Sự thay đổi từ kích thước nano sang kích thước lớn này đi kèm với sự giảm đi khoảng hai lần vi mạch và sự thay đổi đột ngột của các thông số cấu trúc và phổ dao động. Các phép đo NPD và từ hóa cho thấy trạng thái từ không đồng nhất với sự tồn tại của các cụm sắt từ (ferromagnetic – FM) và pha phản sắt từ (antiferromagnetic – AFM) loại G tầm xa. Cả hai trạng thái từ tính đều dần bị triệt tiêu khi pha tạp Cr, cho thấy sự phát triển của trạng thái giống như thủy tinh spin do các tương tác từ cạnh tranh. Việc quan sát hiệu ứng trao đổi lớn tự phát (spontaneous large exchange bias – EB) ở nhiệt độ phòng trong tất cả các mẫu cần được đặc biệt lưu ý vì có nhiều ứng dụng thực tế. Hiệu ứng EB được phát hiện bắt nguồn từ việc ghim các spin không bù tại các giao diện giữa các cụm FM và ma trận AFM.

Song song với hệ chất trên, chúng tôi còn khảo sát ảnh hưởng của pha tạp Fe đến cấu trúc và từ tính của Ca₃Co_2-xFe_xO₆ (x= 0; 0,1; 0,2 và 0,3). Cấu trúc tinh thể trực thoi ban đầu vẫn ổn định khi pha tạp Fe trong khoảng nhiệt độ 10 -300 K. Các ion Fe định vị tại các vị trí Co2 của lăng kính tam giác. Sự pha tạp Fe chuyển đổi một số ion Co³⁺ spin thấp tại các vị trí bát diện Co1 thành các ion Co²⁺. Đối với pha thuận từ ở nhiệt độ cao, dấu của nhiệt độ thuận từ của Curie θ_p thay đổi từ dương sang âm tại x = 0,2, báo hiệu sự suy yếu của tương tác sắt từ và sự thống trị của tương tác phản sắt từ ở nồng độ Fe cao hơn. Chúng tôi cũng quan sát thấy sự giao nhau một phần trạng thái spin thấp sang trạng thái spin cao của các ion Co1 ở mức pha tạp Fe cao (x = 0,3). Tất cả các mẫu đều thể hiện thứ tự phản sắt từ hữu ước phạm vi dài, tiếp theo là sự chuyển đổi dạng thủy tinh spin ở nhiệt độ thấp hơn. Các pha thuận từ ở nhiệt độ thấp bị khử bởi pha tạp Fe. Sự thay thế Fe cho Co trong Ca₃Co_2-xFe_xO₆ làm suy yếu cả tương tác nội từ và tương tác từ tính, gây ra bởi rối loạn từ tính tăng cường do tính chất từ khác nhau của các Ising spin Co và Heisenberg spin Fe.

Các bài báo:

[1] R. Das, N.T. Dang, V. Kalappattil, R.P. Madhogaria, D.P. Kozlenko,
S.E. Kichanov, E.V. Lukin, A.V. Rutkaukas, T.P.T. Nguyen, L.T.P. Thao,
N.S. Bingham, H. Srikanth, M.H. Phan, Unraveling the nature of Fe-doping mediated inter-and intra-chain interactions in Ca₃Co₂O₆, Journal of Alloys and Compounds 851 (2021) 156897 (SCIE) Q1
[2] N.T. Dang, A.V. Rutkaukas, S.E. Kichanov, D.P. Kozlenko, H.H. Nguyen, N. Tran, M.Y. Lee, B.W. Lee, T.L. Phan, L.H. Khiem, N.X. Nghia, L.T.P. Thao, T.A. Tran, N.T.T. Lieu , D.T. Khan,  Strong Impact of Cr Doping on Structural and Magnetic Properties of Bi_0.5La_0.5 Fe_1-xCr_xO_3-δ  , Journal of Electronic Materials