Orbital Magnetic Moment and Single-Ion Magnetic Anisotropy of the S = 1/2 K3[Fe(CN)6] Compound: A Case Where the Orbital Magnetic Moment Dominates the Spin Magnetic Moment

化学 轨道磁化 磁各向异性 磁矩 磁化 凝聚态物理 电子磁偶极矩 自旋磁矩 核磁矩 非键轨道 分子轨道 磁场 物理 分子 量子力学 有机化学
作者
Marius Retegan,Sadaf Fatima Jafri,Leonardo Curti,Laurent Lisnard,Edwige Otero,Éric Rivière,M. W. Haverkort,Anne Bleuzen,Philippe Sainctavit,Marie‐Anne Arrio
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (46): 18864-18877
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c02158
摘要

The potassium hexacyanoferrate(III), K3[FeIII(CN)6], is known for its exceptional magnetic anisotropy among the 3d transition metal series. The Fe(III) ions are in the S = 1/2 low spin state imposed by the strong crystal field of the cyanido ligands. A large orbital magnetic moment is expected from previous publications. In the present work, X-ray magnetic circular dichroism was recorded for a powder sample, allowing direct measurement of the Fe(III) orbital magnetic moment. A combination of molecular multiconfigurational ab initio and atomic ligand field multiplets calculations provides the spin and orbital magnetic moments for the [FeIII(CN)6]3- isolated cluster, the crystallographic unit cell, and the powder sample. The calculations of the angular dependencies of the spin and orbital magnetic moments with the external magnetic induction direction reveal easy magnetization axes for each S = 1/2 molecular entity and the crystal. It also shows that the orbital magnetic moment dominates the spin magnetic moment for all directions. Our measurements confirm that the orbital magnetic moment contributes to 60% of the total magnetization for the powder, which is in excellent agreement with our theoretical predictions. An orbital magnetic moment greater than the spin magnetic moment is exceptional for 3d transition metal ions. The impact of crystal field strength and distortion, π back-bonding, spin-orbit coupling, and external magnetic induction was analyzed, leading to a deeper understanding of the spin and orbital magnetic anisotropies.
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