Распределение катионов в нанокристаллах шпинельных ферритов: характеристика, влияние на физические свойства и возможности управления синтезом

Материалы на основе оксидов металлов со структурой шпинели, такие как металлические ферриты (MFe2O4), имеют тетраэдрические (A) и октаэдрические [B] позиции подрешётки, окружённые анионами кислорода, которые создают относительно слабое расщепление кристаллического поля. Формулу металлического феррита наиболее точно представлять как (M1−xFex)[MxFe2−x]O4, где круглые и квадратные скобки обозначают соответственно тетраэдрические и октаэдрические позиции, а x — параметр инверсии, характеризующий распределение катионов M и Fe между этими позициями. Электронные, магнитные и оптические свойства шпинельных ферритов зависят от величины x, которая, в свою очередь, определяется относительными размерами катионов, их зарядом и относительной стабилизацией кристаллическим полем при тетраэдрической или октаэдрической координации. По сравнению с объёмными шпинельными ферритами, нанокристаллы шпинельных ферритов благодаря большому отношению площади поверхности к объёму обладают дополнительными структурными степенями свободы, что позволяет получать более широкий диапазон значений x. Для управления свойствами нанокристаллов шпинельных ферритов необходимо контролировать не только их размер и форму, но и степень инверсии. В этой обзорной статье рассматриваются физико-неорганические методы количественной оценки x в нанокристаллах шпинельных ферритов, описывается зависимость электронных, магнитных и оптических свойств этих нанокристаллов от x, а также обсуждаются новые стратегии синтетического контроля этого параметра.