Ferrimagnetic semiconducting state and high thermoelectric behavior in newly synthesized ordered LaCu₃Fe₂RuSbO₁₂: first-principles insight

Abstract Quadruple double perovskite oxide (QDPO) structures belong to a fascinating family of materials science as they possess exceptional applications in magnetic memory and thermoelectric (TE) devices. Here, we present numerous physical attributes of the LaCu 3 Fe 2 RuSbO 12 QDPO based on the first-principles calculations comprehensively. The system shows a semiconducting aspect, keeping an indirect energy gap ( E g ) of 0.67 eV. It is found that the smaller ∠ Fe-O-Cu bond angle of 103.8 ∘ in contrast to 115.3 ∘ for ∠ Ru/Sb-O-Cu favors the strong antiferromagnetic interactions due to the π -bond between Fe and Cu ions, leading to a ferrimagnetic (FiM) spin ordering as Cu +2 ↑ Fe <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mfenced close="" open="↓"> <mml:mrow/> </mml:mfenced> </mml:math> Ru +4 ↑ . Moreover, the FiM state is corroborated by the estimated spin moment ( m s ) of 0.6/−4.10/1.6 μ B on the Cu/Fe/Ru ion carrying the +2/+3/+4 valence states with the electronic distributions of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>g</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> ↑ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>g</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> ↓ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>e</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>g</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> ↑ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>e</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>g</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> ↓/ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>g</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> ↑ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>g</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> ↓ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>e</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>g</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> ↑ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>e</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>g</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> ↓/ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>g</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> ↑ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>g</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> ↓ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>e</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>g</mml:mi>