Physics of Metals and MetallographyPhysics of Metals and MetallographyФизика металлов и металловедение0015-32303034-6215The Russian Academy of Sciences69555210.31857/S0015323025070062ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВАResearch ArticleMAGNETIC STATE OF IMPURITY IRON ATOMS IN INDIUM (III) OXIDE Fe:In2O3–δ DEPENDING ON OXYGEN CONTENTМАГНИТНОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ ЖЕЛЕЗА В ОКСИДЕ ИНДИЯ (III) Fe:In2O3–δ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДАhttps://orcid.org/0000-0002-9603-83747003701472J-3252-20132679-0310KorotinMichael A.КоротинМихаил Аркадьевич
Russian Federation

chief researcher of X-ray Spectroscopy Laboratory

главный научный сотрудник лаборатории рентгеновской спектроскопии

michael.korotin@imp.uran.ruhttp://michael.korotin.nameM.N. Miheev Institute of Metal Physics of UD of RASИнститут физики металлов УрО РАН30102025126778879330102025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0015-3230/article/view/695552

Calculations in the coherent potential approximation have confirmed modern concepts of various charge, spin, and magnetic states of impurity iron atoms replacing indium atoms in (In0.95Fe0.05)2O3–δ oxide with nonstoichiometric oxygen compositions (0 < δ ≤ 0.09). The transition of impurity iron atoms from a paramagnetic to a ferromagnetic state is described. It was found that the transition occurs at different concentrations of oxygen vacancies for two crystallographically nonequivalent types of impurity iron atoms and is accompanied by a change in the charge state of the impurity.

Расчетами в приближении когерентного потенциала подтверждены современные представления о различных зарядовых, спиновых и магнитных состояниях примесных атомов железа, замещающих атомы индия, в оксиде (In0.95Fe0.05)2O3–δ при составах, нестехиометрических по кислороду (0 < δ ≤ 0.09). Описан переход примесных атомов железа из парамагнитного в ферромагнитное состояние. Выяснено, что переход происходит при разных концентрациях кислородных вакансий для двух кристаллографически неэквивалентных типов примесных атомов железа и сопровождается изменением зарядового состояния примеси.

coherent potential approximationelectronic structure of indium (III) oxidemagnetic and charge states of impurity iron atomsприближение когерентного потенциалаэлектронная структура оксида индия (III)магнитные и зарядовые состояния примесных атомов железаГосударственное задание Минобрнауки России для ИФМ УрО РАНBabu S.H., Kaleemulla S., Rao N.M., Krishnamoorthi C. Indium oxide: A transparent, conducting ferromagnetic semiconductor for spintronic applications // JMMM. 2016. V. 416. P. 66–74.Guan L.X., Tao J.G., Xiao Z.R., Zhao B.C., Fan X.F., Huan C.H.A., Kuo J.L., Wang L. Roles of Cu codoping and oxygen vacancies on ferromagnetism in In2O3:Fe // Phys. Rev. B. 2009. V. 79. P. 184412.Soven P. Coherent-potential model of substitutional disordered alloys // Phys. Rev. 1967. V. 156. P. 809–813.Anisimov V.I., Poteryaev A.I., Korotin M.A., Anokhin A.O., Kotliar G. First-principles calculations of the electronic structure and spectra of strongly correlated systems: dynamical mean-field theory // J. Phys.: Condensed Matter. 1997. V. 9. P. 7359–7367.Коротин М.А., Скориков Н.А., Зайнуллина В.М., Курмаев Э.З., Лукоянов А.В., Анисимов В.И. Электронная структура нестехиометрических соединений в приближении когерентного потенциала // Письма в ЖЭТФ. 2011. T. 94. C. 884–889.Коротин М.А., Скориков Н.А., Скорняков С.Л., Шориков А.О., Анисимов В.И. Учет эффектов самосогласования электронной плотности в рамках метода LDA+U+SO, реализованного в формализме температурных функций Грина в базисе функций Ванье // Письма в ЖЭТФ. 2014. T. 100. C. 929–934.Andersen O.K., Jepsen O. Explicit, first-principles tight-binding theory // Phys. Rev. Letters. 1984. V. 53. P. 2571–2574.Pindor A.J., Staunton J., Stocks G.M., Winter H. Disordered local moment state of magnetic transition metals: a self-consistent KKR CPA calculation // J. Phys. F: Metal Phys. 1983. V. 13. P. 979–989.Xu X.-H., Jiang F.-X., Zhang J., Fan X.-C., Wu H.-S., Gehring G.A. Magnetic and transport properties of n-type Fe-doped In2O3 ferromagnetic thin films // Appl. Phys. Letters. 2009. V. 94. P. 212510.Krishna N.S., Kaleemulla S., Amarendra G., Rao N.M., Krishnamoorthi C., Kuppan M., Begam M.R., Reddy D.S., Omkaram I. Structural, optical, and magnetic properties of Fe doped In2O3 powders // Mater. Research Bulletin. 2015. V. 61. P. 486–491.Levine Z.H., Allan D.C. Linear optical response in silicon and germanium including self-energy effects // Phys. Rev. Letters. 1989. V. 63. P. 1719–1722.Anisimov V.I., Kondakov D.E., Kozhevnikov A.V., Nekrasov I.A., Pchelkina Z.V., Allen J.W., Mo S.-K., Kim H.-D., Metcalf P., Suga S., Sekiyama A., Keller G., Leonov I., Ren X., Vollhardt D. Full orbital calculation scheme for materials with strongly correlated electrons // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. P. 125119.Коротин М.А., Анохин А.О., Жидков И.С., Кухаренко А.И., Чолах С.О., Гаврилов Н.В., Брынзарь В.И., Курмаев Э.З. Магнитное состояние примесных ионов железа в In2O3 // Письма в ЖЭТФ. 2018. T. 108. C. 568–573.Yan S., Qiao W., Zhong W., Au C.-T., Dou Y. Effects of site occupancy and valence state of Fe ions on ferromagnetism in Fe-doped In2O3 diluted magnetic semiconductor // Appl. Phys. Letters. 2014. V. 104. P. 062404.