Crystal Structure, Physical Properties and HRTEM Investigation of the New Oxonitridosilicate EuSi 2 O 2 N 2

• Published in: Chemistry : a European journal Vol. 12; no. 26; pp. 6984 - 6990
• Main Authors: Stadler, Florian, Oeckler, Oliver, Höppe, Henning A., Möller, Manfred H., Pöttgen, Rainer, Mosel, Bernd D., Schmidt, Peter, Duppel, Viola, Simon, Arndt, Schnick, Wolfgang
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: 06.09.2006
• ISSN: 0947-6539; 1521-3765
• DOI: 10.1002/chem.200600409

The new layered oxonitridosilicate EuSi 2 O 2 N 2 has been synthesized in a radio‐frequency furnace at temperatures of about 1400 °C starting from europium( III ) oxide (Eu 2 O 3 ) and silicon diimide (Si(NH) 2 ). The structure of the yellow material has been determined by single‐crystal X‐ray diffraction analysis (space group P 1 (no. 1), a =709.5(1), b =724.6(1), c =725.6(1) pm, α =88.69(2), β =84.77(2), γ =75.84(2)°, V =360.19(9)×10 6 pm 3 , Z =4, R 1=0.0631, 4551 independent reflections, 175 parameters). Its anionic Si 2 O 2 N 2 2− layers consist of corner‐sharing SiON 3 tetrahedra with threefold connecting nitrogen and terminal oxygen atoms. High‐resolution transmission electron micrographs indicate both ordered and disordered crystallites as well as twinning. Magnetic susceptibility measurements of EuSi 2 O 2 N 2 exhibit Curie–Weiss behavior above 20 K with an effective magnetic moment of 7.80(5) μ B Eu −1 , indicating divalent europium. Antiferromagnetic ordering is detected at 4.5(2) K. EuSi 2 O 2 N 2 shows a field‐induced transition with a critical field of 0.50(5) T. The four crystallographically different europium sites cannot be distinguished by 151 Eu Mössbauer spectroscopy. The room‐temperature spectrum is fitted by one signal at an isomer shift of δ =−12.3(1) mm s −1 subject to quadrupole splitting of Δ E Q =−2.3(1) mm s −1 and an asymmetry parameter of 0.46(3). Luminescence measurements show a narrow emission band with regard to the four crystallographic europium sites with an emission maximum at λ =575 nm. Das neue schichtartig aufgebaute Oxonitridosilicat EuSi 2 O 2 N 2 wurde in einem Hochfrequenzofen bei etwa 1400 °C aus Europium( III )‐oxid (Eu 2 O 3 ) und Siliciumdiimid (Si(NH) 2 ) hergestellt. Die Kristallstruktur der gelben Verbindung wurde mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse bestimmt (Raumgruppe P1 (Nr. 1), a=709.5(1), b=724.6(1), c=725.6(1) pm, α=88.69(2), β=84.77(2), γ=75.84(2)°, V=360.19(9)⋅10 6 pm 3 , Z=4, R1=0.0631, 4551 unabhängige Reflexe, 175 Parameter). Die anionischen Si 2 O 2 N 2 2− ‐Schichten bestehen aus eckenverknüpften SiON 3 ‐Tetraedern mit dreifach verbrückendem Stickstoff und terminalem Sauerstoff. Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) zeigt sowohl geordnete als auch ungeordnete Kristallite sowie Verzwillingung. Messungen der magnetischen Suszeptibilität von EuSi 2 O 2 N 2 ergeben oberhalb von 20 K Curie‐Weiss‐Verhalten mit einem effektiven magnetischen Moment von 7.80(5) μ B Eu −1 , welches auf zweiwertiges Europium hinweist. Bei 4.5(2) K wird antiferromagnetische Ordnung detektiert. EuSi 2 O 2 N 2 zeigt einen feldinduzierten Übergang mit einem kritischen Feld von 0.50(5) T. Die vier kristallographisch unterschiedlichen Europiumatome konnten durch 151 Eu‐Mößbauer‐Spektroskopie nicht unterschieden werden. Das Raumtemperaturspektrum konnte durch ein Signal bei einer Isomerenverschiebung von δ=−12.3(1) mm s −1 gemäß einer Quadrupolaufspaltung von Δ E Q =−2.3(1) mm s −1 und einem Asymmetrieparameter von 0.46(3) angepasst werden. Lumineszenzmessungen zeigten eine bzgl. der vier kristallographischen Europiumlagen schmale Emissionsbande mit einem Maximum bei λ=575 nm.