Effets de la substitution sur l’anisotropie magnétocristalline

2 θ (°) TbC o₄A l orienté libre

Figure 2.54. Comparaison entre les diagrammes de diffraction des rayons X enregistrés sur poudre libre (en bas) et orienté (en haut) pour le composé TbCo₄Al. La poudre libre a été mélangée avec du silicium utilisé en tant que standard interne. Les indices de Miller correspondants sont aussi indiqués.

2.10.2.2 Effets de la substitution sur l’anisotropie magnétocristalline

Dans le composé YCo₅, l’anisotropie magnétocristalline du sous-réseau de Co est axiale [TAS75]. Généralement, l’anisotropie du sous-réseau de Co est considérée peu sensible à la substitution d’un élément de terre rare magnétique à l’yttrium. Au contraire dans TbCo5, la contribution du sous-réseau de Tb à l’anisotropie est planaire [RAD86]. Cette compétition est à l’origine de la réorientation de spin dans le composé TbCo5 qui se produit dans l’intervalle de température de 390-415 K [RAD86, MA91]. La contribution du sous-réseau de terre rare à l’anisotropie diminue fortement avec la température. Dans le composé TbCo5 à la température de réorientation de spin (TRS), l’anisotropie axiale du sous-réseau de Co est plus forte que la contribution planaire du sous-réseau de Tb. Une compétition ressemblante est attendue dans les composés TbCo4Al et TbCo4Ga. Cependant, aucun signe de réorientation n’a été observé pour ces composés et les moments magnétiques sont orientés dans le plan de base dans tout l’intervalle de température d’ordre magnétique. Ce résultat indique l’importante contribution à l’anisotropie due au sous-réseau de Tb, imposant une direction de facile aimantation

planaire. L’absence d’une transition magnétique dans les composés étudiés ici peut être interprétée soit par une forte diminution de l’anisotropie axiale du sous-réseau de Co, soit par un renforcement de l’anisotropie planaire du sous-réseau de Tb lors de la substitution. Ce dernier cas traduirait un changement des paramètres du champ cristallin agissant sur le Tb dû à une modification de l’environnement des atomes de terre rare. La première hypothèse est en très bon accord avec nos résultats concernant les composés isostructuraux YCo4Al et YCo4Ga [ZLO02a, ZLO02b]. Nous avons en effet observé une forte réduction de l’anisotropie axiale du sous-réseau de Co lors du passage de YCo5 à YCo4M (paragraphe 2.6). Dans les composés TbCo4Al et TbCo4Ga, l’anisotropie du sous-réseau de Co est probablement trop faible pour vaincre la forte anisotropie planaire du sous-réseau de terre rare. En conclusion, la contribution du sous-réseau de Tb à l’anisotropie est dominante, imposant une direction de facile aimantation dans le plan de base (a,b) dans tout l’intervalle thermique d’ordre magnétique.

Il est notable que les effets de la substitution de l’aluminium ou du gallium au cobalt dans TbCo5 sur les propriétés magnétiques sont similaires à ceux de la substitution du bore au cobalt. Le composé TbCo4B cristallise dans la structure-type CeCo4B qui est une surstructure formée par une occupation exclusive des atomes de bore pour le site 2c de la structure CaCu5. Malgré les structures cristallines différentes, les influences sur les propriétés magnétiques sont très ressemblantes. Une étude antérieure a rapporté une forte réduction de la température de Curie, une direction de facile aimantation dans le plan de base ainsi que une évolution analogue de l’aimantation à saturation pour le composé TbCo₄B [CHA00b].

En conclusion, les composés TbCo4Al et TbCo4Ga adoptent la structure cristalline de type CaCu5. Les atomes substituants occupent préférentiellement le site 3g de la structure-type. Quant aux propriétés magnétiques, nous avons observé une forte réduction du moment magnétique moyen de Co lors de la substitution. La direction de facile aimantation est dans le plan de base dans tout le domaine ordonné jusqu’à la température de Curie. Cela traduit soit une forte réduction de l’anisotropie axiale du sous-réseau de Co soit un renforcement de l’anisotropie planaire du sous-réseau de Tb. La première hypothèse est en très bon accord avec nos résultats concernant l’anisotropie des phases YCo4M. Un renforcement de la contribution du sous-réseau de Tb à l’anisotropie n’est cependant pas à exclure. Le rôle prédominant dans l’anisotropie magnétocristalline appartient donc au sous-réseau de terre rare.

2.11 Les composés DyCo

Al et DyCo

Ga

Les principales caractéristiques structurales et magnétiques à l’échelle macroscopique (TC et MS) des phases DyCo4Ga et DyCo4Al ont été préalablement abordées dans les paragraphes antérieurs (2.4 et 2.5).

Généralement, lors des expériences de diffraction des neutrons, l’utilisation des composés à base de dysprosium n’est pas très fréquente ou nécessite des porte-échantillons spéciaux (double parois). Cela est dû à la grande section d’absorption de Dy dans le domaine d’énergie de neutrons thermiques : pour une énergie de neutrons de 25,30 meV, la section efficace d’absorption de Dy est 994 barns [SEA92]. Nous avons donc choisi de pas effectuer d’expériences de diffraction des neutrons et de se concentrer maintenant sur certaines propriétés magnétiques macroscopiques des composés DyCo4Ga et DyCo4Al, telles que la température de compensation et l’anisotropie magnétocristalline.

Les mesures magnétiques confirment un couplage ferrimagnétique entre les deux sous-réseaux magnétiques, comme prévu par le modèle de Campbell pour les intermétalliques à base de terres rares lourdes et cobalt [CAM72]. Une propriété magnétique intéressante, propre aux alliages ferrimagnétiques, est la température de compensation (T_Comp). L’analyse des courbes d’aimantation enregistrées à différentes températures peut nous informer sur l’effet de la substitution de l’aluminium ou du gallium au cobalt sur la température de compensation.

2.11.1 Température de compensation

La figure 2.55 présente les isothermes d’aimantation enregistrées à 4 et 300 K pour les composés DyCo4Al et DyCo4Ga. A 4 K, l’aimantation à saturation est de 4,9 et 4,7 µB pour DyCo4Al et DyCo4Ga, respectivement. Les courbes d’aimantation enregistrées à 300 K pour les deux composés montrent un comportement de l’aimantation révélant la proximité de la température de compensation. Pour ces composés, TComp est donc voisine de la température ambiante.

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