Магнитные свойства тетраборатов $\mathrm{FeB}_4\mathrm{O}_7$ и $\mathrm{MnB}_4\mathrm{O}_7$ в трех структурных типах

Кристаллическая структура и магнитные свойства тетраборатов $\mathrm{FeB}_4\mathrm{O}_7$ и $\mathrm{MnB}_4\mathrm{O}_7$ были изучены в рамках приближения DFT-GGA. Соединения из семейства тетраборатов могут существовать в различных структурных модификациях. Были рассмотрены три из них, а именно: $Pbca$ (тип $\alpha$-$\mathrm{ZnB}_4\mathrm{O}_7$), $Cmcm$ (тип $\beta$-$\mathrm{ZnB}_4\mathrm{O}_7$) и $P6_5 22$ (тип $\gamma$-$\mathrm{NiB}_4\mathrm{O}_7$). Возможные магнитные упорядочения в данных структурных типах впервые описаны в рамках теоретико-группового анализа. Последующие DFT расчеты позволили впервые описать магнитную структуру $\mathrm{FeB}_4\mathrm{O}_7$ и $\mathrm{MnB}_4\mathrm{O}_7$ в трех структурных типах. При сравнении полной энергии соединений тетраборатов в трех структурных типах без учета спиновой поляризации установлено, что $\alpha$-$\mathrm{ZnB}_4\mathrm{O}_7$ и $\gamma$-$\mathrm{NiB}_4\mathrm{O}_7$ структуры обладают наименьшей энергией в $\mathrm{MnB}_4\mathrm{O}_7$ и $\mathrm{FeB}_4\mathrm{O}_7$ соответственно. Показано, что учет магнитной структуры приводит к тому, что $\alpha$-$\mathrm{ZnB}_4\mathrm{O}_7$ становится наиболее выгодным структурным типом для обоих исследуемых соединений. Исследовано поведение энтальпии под давлением и показано, что при давлении структурный тип $\beta$-$\mathrm{ZnB}_4\mathrm{O}_7$ является наиболее энергетически выгодным.