We report a detailed study on the electronic structure and temperature (1.9KT900K) dependence of magnetization in Zn diluted cuprospinel [Cu1xZnxFe2O4 (0x0.6)]. The electronic structure determined from the x-ray photoelectron spectroscopy and Rietveld analysis of the x-ray diffraction patterns reveals the structure to be (Cu(1x)/5ZnxFe4(1x)/5)A[Cu4(1x)/5Fe24(1x)/5]BO4. Beyond a specific dilution limit (0.05xp0.1), a sudden phase-change from tetragonal (I41/amd) to cubic (Fd3m) is noticed with an alteration in the A–O–A (3.29%) bond angle and A–O bond length (0.67%). Our analysis shows that all these compounds order ferrimagnetically below the Néel temperature (TFN) due to dissimilar site-specific magnitudes of spins, yet, they undergo a second transition at low temperatures T166K with asymptotic Curie temperature TA(=C/χ0) as high as 547.2K for the undoped case. Dilution with Zn cause quadratic decay (b2x2+b1x+yo) of the ferrimagnetic ordering temperature from 743 K to 370.5 K for x=0 and 0.6, respectively. On the contrary, a significant increase in the saturation magnetization (MS) was observed with increasing x until the critical composition xc0.4 beyond which MS decreases continuously (MS=1.64μB and 4.73μB for x=0 and 0.4, respectively). From the temperature dependence of inverse paramagnetic susceptibility [χ1(T>TFN)] data and Néel’s expression for ferrimagnets, we evaluated the molecular field constants and exchange interactions (J) between the tetrahedral A- and octahedral B-sites. A systematic compositional dependence of this analysis yields that JAB (25kB for x=0) is the dominant exchange interaction in comparison to JBB and JAA; however, JAB decreases significantly with increasing the composition (JAB5.5kB for x=0.6). The isothermal magnetization data and law of approach to saturation analysis reveals that the investigated system possesses very high anisotropy field HK5.5kOe with cubic anisotropy constant K11.6×106erg/cc at xc.

1.
V. K.
Lakhani
and
K. B.
Modi
,
J. Phys. D Appl. Phys.
44
,
245403
(
2011
).
2.
K.
Verma
,
A.
Kumar
, and
D.
Varshney
,
Curr. Appl. Phys.
13
,
467
(
2013
).
3.
I.
Onyszkiewicz
and
J.
Pietrzak
,
Phys. Status Solidi A
73
,
641
(
1982
).
4.
H.
Nagata
,
T.
Miyadai
, and
S.
Miyahara
,
IEEE Trans. Magn.
8
,
451
(
1972
).
5.
H.
Ohnishi
and
T.
Teranishi
,
J. Phys. Soc. Jpn.
16
,
35
(
1961
).
6.
T.
Yamadaya
,
T.
Mitui
, and
T.
Okada
,
J. Phys. Soc. Jpn.
17
,
1897
(
1962
).
7.
A.
Kyono
,
S. A.
Gramsch
,
Y.
Nakamoto
,
M.
Sakata
,
M.
Kato
,
T.
Tamura
and
T.
Yamanaka
,
Amer. Miner.
100
,
1752
(
2015
).
8.
R. S.
Yadav
,
I.
Kuřitka
,
J.
Vilcakova
,
J.
Havlica
,
J.
Masilko
,
L.
Kalina
,
J.
Tkacz
,
M.
Hajdúchová
, and
V.
Enev
,
J. Mater. Sci. Mater. Electron
28
,
6245
(
2017
).
9.
M. A.
Amer
,
T.
Meaz
,
A.
Hashhash
,
S.
Attalah
, and
F.
Fakhry
,
J. Alloys Compd.
649
,
712
(
2015
).
10.
S. J.
Stewart
,
R. C.
Mercader
,
G.
Punte
,
J.
Desimoni
,
G.
Cernicchiaro
, and
R. B.
Scorzelli
,
Hyperfine Interact.
156
,
89
(
2004
).
11.
D.
Prabhu
,
A.
Narayanasamy
,
K.
Shinoda
,
B.
Jeyadeven
,
J. M.
Greneche
, and
K.
Chattopadhyay
,
J. Appl. Phys.
109
,
013532
(
2011
).
12.
S. J.
Stewart
,
M. J.
Tueros
,
G.
Cernicchiaro
, and
R. B.
Scorzelli
,
Solid State Commun.
129
,
347
(
2004
).
13.
K. J.
Kim
,
J. H.
Lee
, and
S. H.
Lee
,
J. Magn. Magn. Mater.
279
,
173
(
2004
).
14.
B. J.
Evans
and
S. S.
Hafner
,
J. Phys. Chem. Solids
29
,
1573
(
1968
).
15.
K. H.
Maria
,
S.
Choudhury
, and
M. A.
Hakim
,
J. Bangladesh Acad. Sci.
34
,
1
(
2010
).
16.
E. R.
Kumar
,
R.
Jayaprakash
,
G. S.
Devi
, and
P. S. P.
Reddy
,
Sens. Actuators B
191
,
186
(
2014
).
17.
Z.
Sun
,
L.
Liu
,
D.
Jia
, and
W.
Pan
,
Sens. Actuators B
125
,
144
(
2007
).
18.
B.
Sreedhar
,
A. S.
Kumar
, and
D.
Yada
,
Tetrahedron Lett.
52
,
3565
(
2011
).
19.
S. C.
Yang
,
W. N.
Su
,
S. D.
Lin
,
J.
Rick
,
J. H.
Cheng
,
J. Y.
Liu
,
C. J.
Pan
,
D. G.
Liu
,
J. F.
Lee
,
T. S.
Chan
,
H. S.
Sheu
, and
B. J.
Hwang
,
Appl. Catal. B Environ.
106
,
650
(
2011
).
20.
A. S.
Kumar
,
B.
Thulasiram
,
S. B.
Laxmi
,
V. S.
Rawat
, and
B.
Sreedhar
,
Tetrahedron
70
,
6059
(
2014
).
21.
R.
Peymanfar
,
F.
Azadi
, and
Y.
Yassi
,
Proceedings
2
,
1155
(
2018
).
22.
M. A.
Haija
,
A. I.
Ayesh
,
S.
Ahmed
, and
M. S.
Katsiotis
,
Appl. Surf. Sci.
369
,
443
(
2016
).
23.
K.
Ali
,
J.
Iqbal
,
T.
Jan
,
D.
Wan
,
N.
Ahmad
,
I.
Ahamd
, and
S. Z.
Ilyas
,
J. Magn. Magn. Mater.
428
,
417
(
2017
).
24.
J. Z.
Jiangdag
,
G. F.
Goyaddag
, and
H. R.
Rechenbergddag
,
J. Phys. Condens. Matter
11
,
4063
(
1999
).
25.
R.
Zhang
,
Q.
Yuan
,
R.
Ma
,
X.
Liu
,
C.
Gao
,
M.
Liu
,
C.
Jia
, and
H.
Wang
,
RSC Adv.
7
,
21926
(
2017
).
26.
X. X.
Tang
,
A.
Manthiram
, and
J. B.
Goodenough
,
J. Solid State Chem.
79
,
250
(
1989
).
27.
N.
Najmoddin
,
A.
Beitollahi
,
H.
Kavas
,
S. M.
Mohseni
,
H.
Rezaie
,
J.
Åkerman
, and
M. S.
Toprak
,
Ceram. Int.
40
,
3619
(
2014
).
28.
H. M.
O’Bryan Jr.
,
H. J.
Levinstein
, and
R. C.
Sherwood
,
J. Appl. Phys.
37
,
1438
(
1966
).
29.
D. M.
Grimes
and
E. F.
Westrum
,
J. Appl. Phys.
29
,
384
(
1958
).
30.
J. M.
Hastings
and
L. M.
Corliss
,
Phys. Rev.
102
,
1460
(
1956
).
31.
S.
Ligenza
,
Phys. Status Solidi B
75
,
315
(
1976
).
32.
W.
Schiessl
,
W.
Potzel
,
H.
Karzel
,
M.
Steiner
, and
G. M.
Kalvius
,
Phys. Rev. B
53
,
9143
(
1996
).
33.
B.
Boucher
,
R.
Buhl
, and
M.
Perrin
,
Phys. Status Solidi
40
,
171
(
1970
).
34.
K.
Kamazawa
,
Y.
Tsunoda
,
H.
Kadowaki
, and
K.
Kohn
,
Phys. Rev. B
68
,
024412
(
2003
).
35.
K. L. S.
Rodríguez
,
S. J.
Stewart
,
P. M. M.
Zélis
,
G. A.
Pasquevich
, and
C. E. R.
Torres
,
J. Alloys Compd.
752
,
289
(
2018
).
36.
S. A.
Oliver
,
H. H.
Hamdeh
, and
J. C.
Ho
,
Phys. Rev. B
60
,
3400
(
1999
).
37.
H. H.
Hamdeh
,
J. C.
Ho
,
S. A.
Oliver
,
R. J.
Willey
,
G.
Oliveri
, and
G.
Busca
,
J. Appl. Phys.
81
,
1851
(
1997
).
38.
P.
Pramanik
,
S.
Ghosh
,
P.
Yanda
,
D. C.
Joshi
,
S.
Pittala
,
A.
Sundaresan
,
P. K.
Mishra
,
S.
Thota
, and
M. S.
Seehra
,
Phys. Rev. B
99
,
134422
(
2019
).
39.
J. S.
Gardner
,
B. D.
Gaulin
,
S.-H.
Lee
,
C.
Broholm
,
N. P.
Raju
, and
J. E.
Greedan
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
211
(
1999
).
40.
A.
Keren
and
J. S.
Gardner
,
Phys. Rev. Lett.
87
,
177201
(
2001
).
41.
S.
Thota
,
M.
Reehuis
,
A.
Maljuk
,
A.
Hoser
,
J.-U.
Hoffmann
,
B.
Weise
,
A.
Waske
,
M.
Krautz
,
D. C.
Joshi
,
S.
Nayak
,
S.
Ghosh
,
P.
Suresh
,
K.
Dasari
,
S.
Wurmehl
,
O.
Prokhnenko
, and
B.
Büchner
,
Phys. Rev. B
96
,
144104
(
2017
).
42.
S.
Nayak
,
K.
Dasari
,
D. C.
Joshi
,
P.
Pramanik
,
R.
Palai
,
A.
Waske
,
R. N.
Chauhan
,
N.
Tiwari
,
T.
Sarkar
, and
S.
Thota
,
J. Appl. Phys.
120
,
163905
(
2016
).
43.
P.
Pramanik
,
S.
Thota
,
S.
Singh
,
D. C.
Joshi
,
B.
Weise
,
A.
Waske
, and
M. S.
Seehra
,
J. Phys. Condens. Matter
29
,
425803
(
2017
).
44.
X.
Hu
,
Z.
Zhu
,
Z.
Li
,
L.
Xie
,
Y.
Wu
, and
L.
Zheng
,
Sens. Actuators B
264
,
139
(
2018
).
45.
A.
Chapelle
,
I. E.
Younsi
,
S.
Vitale
,
Y.
Thimont
,
T.
Nelis
,
L.
Presmanes
,
A.
Barnabé
, and
P.
Tailhades
,
Sens. Actuators B
204
,
407
(
2014
).
46.
S.
Salmi
,
R.
Masrour
,
A.
El Grini
,
K.
Bouslykhane
,
A.
Hourmatallah
,
N.
Benzakour
, and
M.
Hamedoun
,
Chin. Phys. Lett.
35
,
017501
(
2018
).
47.
F. H.
Bo
,
Y. S.
Yan
,
Z. P.
Feng
,
W. H.
Yuan
,
L. X.
Lin
,
J. C.
Mei
,
Z. Q.
Sheng
,
C. Y.
Hai
, and
W. Z.
Guo
,
Chin. Phys. Lett.
24
,
2108
(
2007
).
48.
J. G.
Jolley
,
G. G.
Geesey
,
M. R.
Hankins
,
R. B.
Wright
, and
P. L.
Wichlacz
,
Appl. Surf. Sci.
37
,
469
(
1989
).
49.
V. M.
Goldschmidt
,
Laws Cryst. Chem. Naturwiss.
14
,
477
(
1926
).
50.
M.
Mullet
,
V.
Khare
, and
C.
Ruby
,
Surf. Interface Anal.
40
,
323
(
2008
).
51.
S.
Nayak
et al.,
Phy. Rev. B
92
,
214434
(
2015
).
52.
S.
Thota
and
M. S.
Seehra
,
J. Appl. Phys.
113
,
203905
(
2013
).
53.
S.
Thota
and
M. S.
Seehra
,
J. Appl. Phys.
118
,
129901
(
2015
).
54.
M. U.
Rana
,
M.
Islam
, and
T.
Abbas
,
Mater. Chem. Phys.
65
,
345
(
2000
).
55.
N. K.
Thanh
,
T. T.
Loan
,
L. N.
Anh
,
N. P.
Duong
,
S.
Soontaranon
,
N.
Thammajak
, and
T. D.
Hien
,
J. Appl. Phys.
120
,
142115
(
2016
).
56.
S.
Chakrabarty
,
A.
Dutta
, and
M.
Pal
,
J. Alloys Compd.
625
,
216
(
2015
).
57.
S. V.
Komogortsev
and
R. S.
Iskhakov
,
J. Magn. Magn. Mater.
440
,
213
(
2017
).
58.
J. F.
Herbst
and
F. E.
Pinkerton
,
Phys. Rev. B
57
,
10733
(
1988
).
59.
J. Z.
Jiang
,
G. F.
Goya
, and
H. R.
Rechenberg
,
J. Condens. Matter Phys.
11
,
4063
(
1999
).
60.
A. J.
Rondinone
,
A. C. S.
Samia
, and
Z. J.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
3624
(
2000
).
61.
R.
Topkaya
,
A.
Baykal
, and
A.
Demir
,
J. Nanopart. Res.
15
,
1359
(
2013
).
62.
U.
Kurtan
,
R.
Topkaya
,
A.
Baykal
, and
M. S.
Toprak
,
Ceram. Int.
39
,
6551
(
2013
).
63.
G. F.
Goya
and
H. R.
Rechenberg
,
Nanostruct. Mater.
10
(
6
),
1001
(
1998
).
64.
G. F.
Goya
,
H. R.
Rechenberg
, and
J. Z.
Jiang
,
J. Magn. Magn. Mater.
218
,
221
(
2000
).
65.
H.
Jiao
,
G.
Jiao
, and
J.
Wang
,
Synth. React. Inorg. Met. Org. Chem.
43
,
131
(
2013
).
66.
T. G.
Altincekic
,
I.
Boz
,
A.
Baykal
,
S.
Kazan
,
R.
Topkaya
, and
M. S.
Toprak
,
J. Alloys Compd.
493
,
493
(
2010
).
67.
M. U.
Rana
,
M.
Ul-Islam
,
I.
Ahmad
, and
T.
Abbas
,
J. Magn. Magn. Mater.
187
,
242
(
1998
).
68.
S. V.
Andreev
,
M. I.
Bartashevich
,
V. I.
Pushkarsky
,
V. N.
Maltsev
,
L. A.
Pamyatnykha
,
E. N.
Tarasov
,
N. V.
Kudrevatykh
, and
T.
Goto
,
J. Alloys Compd.
260
,
196
(
1997
).
69.
N. T.
Malafaev
,
A. A.
Murakhovskii
, and
J. A.
Popkov
,
J. Magn. Magn. Mater.
89
,
8
(
1990
).
70.
A. C.
Nawle
,
A. V.
Humbe
,
M. K.
Babrekar
,
S. S.
Deshmukh
, and
K. M.
Jadhav
,
J. Alloys Compd.
695
,
1573
(
2017
).
71.
C.
Choodamani
,
B.
Rudraswamy
, and
G. T.
Chandrappa
,
Ceram. Int.
42
,
10565
(
2016
).
72.
M.
Sundararajan
,
L. J.
Kennedy
,
U.
Aruldoss
,
S. K.
Pasha
,
J. J.
Vijaya
, and
S.
Dunn
,
Mater. Sci. Semicond. Process.
40
,
1
(
2015
).
73.
M.
Zahraei
,
A.
Monshi
,
M.
del P. Morales
,
D. S.
Gahrouei
,
M.
Amirnasr
, and
B.
Behdadfar
,
J. Magn. Magn. Mater.
393
,
429
(
2015
).
You do not currently have access to this content.