在单晶MgO（001）上生长的外延Fe3O4薄膜是一个定义明确的模型系统，可用于研究基于过渡金属氧化物阴极的基本多价离子扩散及相关的相变过程。近日，美国太平洋西北国家实验室Yingge Du等研究了在不同的氧分压，相同的热退火条件下，Fe3O4/MgO异质结构原子尺度上的Mg2+扩散途径，动力学和反应产物。
本文要点：
1）结合微观，光学和光谱学研究技术，作者发现富氧环境可促进Mg2+掺入Fe2+位点，形成Mg1-xFe2+xO4尖晶石结构，相应的Fe2+离子被氧化成 Fe3+。
2）相反，在真空中进行退火会导致形成薄的界面岩盐层（Mg1-yFeyO），该层可充当阻挡层，从而导致Mg2+到体相Fe3O4中的扩散大大减少。
3）作者进一步根据由X射线光电子能谱和X射线吸收能谱确定的电子结构解释了由于Mg扩散而导致的传输和光学性质的变化。
该工作揭示了阴离子在控制尖晶石结构中阳离子扩散中的关键作用，以及防止形成不想要的反应中间体以促进阳离子扩散的必要性。
Linda W. Wangoh，et al. Mg2+ Diffusion-Induced Structural and Property Evolution in Epitaxial Fe3O4 Thin Films. ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c04025
