On the origin of ferromagnetism in CeO2 nanocubes

铁磁性 凝聚态物理 材料科学 磁性半导体 磁矩 氧气 磁化 居里温度 空位缺陷 兴奋剂 矫顽力 自旋极化 电子 化学物理 化学 磁场 物理 量子力学 有机化学
作者
Meng Ge,H. Wang,Enjun Liu,J. F. Liu,J.Z. Jiang,Y. K. Li,Zhu‐An Xu,Huaxun Li
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:93 (6) 被引量:145
标识
DOI:10.1063/1.2972118
摘要

Magnetic behaviors of pure CeO2 nanoparticles and nanocubes have been investigated both experimentally and theoretically. It is found that monodisperse CeO2 nanocubes with an average size of 5.3 nm do show ferromagnetic behavior at ambient temperature with a saturation magnetization of about 5.7 memu/g and coercive force of about 69 Oe. First-principles calculations reveal that oxygen vacancies in pure CeO2 cause spin polarization of f electrons for Ce ions surrounding oxygen vacancies, resulting in net magnetic moment for pure CeO2 samples. One oxygen vacancy at surface can induce more magnetic moments than those induced by one oxygen vacancy in bulk. The results obtained here provide evidence that pure CeO2 sample with oxygen vacancies can indeed have magnetic behavior. This study will stimulate more investigations for understanding the origin of ferromagnetic TM-doped CeO2 (TM=3d transition metals) in a particular case and TM-doped semiconductor oxides in general at ambient temperature.
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