Pressure-induced local structural and electronic property evolution of cold compressed iron oxide up to 130 GPa using EXAFS

The compression behavior of iron oxide was studied under extreme pressure conditions, during which it undergoes different transitions in the structural, electronic, and magnetic layers. The goal was to determine the nature of these transformations in iron oxide. This compound has been studied for over forty years using various experimental techniques, but consensus on the different transitions in this material was not unanimous. High-pressure X-ray diffraction (XRD) and X-ray absorption (XAS) isothermal compression measurements were performed on iron oxide at beamlines ID27, ID24, and BM23 of the European Synchrotron Radiation Facility. Thanks to these techniques, we gained access to different length scales in this material, ranging from bulk to local and electronic structures. The main goal of this work was to determine the structure of FeO under increasing pressure, highlighting transitions from the rocksalt (B1) crystal structure to the rhombohedral one (rB1) and from rB1 to the NiAs structure (B8). Additionally, other aspects investigated included the electronic and magnetic transitions of iron oxide at high pressure, particularly the high spin-low spin transition. Indeed, from EXAFS spectra, it was possible to determine the nature of the rhombohedral phase of FeO, which leads to the B8 phase.

Il comportamento dell'ossido di ferro è stato studiato in condizioni di pressione estrema, dove si verificano diverse transizioni sotto il profilo strutturale, elettronico e magnetico. L'obiettivo principale era comprendere la natura di tali trasformazioni. Nonostante siano stati impiegati diversi metodi sperimentali per studiare questo composto negli ultimi quarant'anni, non è ancora stato raggiunto un consenso unamine transizioni presenti nel materiale. Abbiamo eseguito quindi delle misurazioni di diffrazione (XRD) e di assorbimento (XAS) a raggi X sull'ossido di ferro presso le beamline ID27, ID24 e BM23 dello European Synchrotron Radiation Facility. Grazie a queste tecniche, siamo riusciti ad analizzare il composto su diversi ordini di grandezza, dalla struttura del bulk fino alle conformazioni locali ed elettroniche. Il nostro obiettivo principale era determinare la struttura del FeO sotto pressione crescente, evidenziando le transizioni dalla struttura cristallina da rocksalt (B1) alla struttura romboidale (rB1) e dalla rB1 alla struttura NiAs (B8). Inoltre, abbiamo studiato le transizioni elettroniche e magnetiche dell'ossido di ferro ad alta pressione, in particolare la transizione high spin-low spin. Grazie agli spettri EXAFS, siamo stati in grado di determinare la natura della fase romboidale di FeO come parte del meccanismo di transizine che porta alla struttura di tipo B8.