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Submitted on 1 Jan 1964
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L’interaction magnétique dans les structures de K2NiF4
E. Legrand, M. Verschueren
To cite this version:
E. Legrand, M. Verschueren. L’interaction magnétique dans les structures de K2NiF4. Journal de
Physique, 1964, 25 (5), pp.578-581. �10.1051/jphys:01964002505057801�. �jpa-00205833�
578
REFERENCES [1] HARALDSEN (H.) and GRØNVOLD (F.), Tidsskr. Kjemi,
Bergvesen, Met., 1944, 10, 98.
[2] HIRONE (T.) and CHIBA (S.), J. Phys. Soc., Japan, 1956, 11, 666.
[3] OKAZAKI (A.) and HIRAKAWA (K.), J. Phys. Soc., Japan,1956, 11, 930.
[4] OKAZAKI (A.), J. Phys. Soc., Japan, 1961, 16, 1162.
[5] HIRAKAWA (K.), J. Phys. Soc., Japan, 1957, 12, 929.
[6] PAUTHENET (R.), C. R. Acad. Sc., 1952, 234, 2261.
[7] NÉEL (L.), Rev. Mod. Physics, 1953, 25, 58.
[8] GRØNVOLD (F.), Private communication.
[9] NATHANS (R.), SHULL (C. G.), SHIRANE (G.) and
ANDRESEN (A.), J. Phys. Chem. Solids, 1959, 10, 138.
L’INTERACTION MAGNÉTIQUE DANS LES STRUCTURES DE K2NiF4
Par E. LEGRAND et M. VERSCHUEREN,
Département Physique, État Solide, C. E. N.-S. C. K., Mol, Belgique.
Résumé. 2014 Dans la structure quadratique à couches K2NiF4, il y a de très fortes interactions entre atomes appartenant au même plan, alors que l’interaction entre deux plans est bien plus
faible. La diffraction neutronique démontre l’existence d’une interaction antiferromagnétique
dans les plans, la direction des moments étant celle de l’axe c. Les composés La0,5Sr1,5MnO4 et La2NiO4 ont la même structure cristalline. Aux basses températures, leur susceptibilité magnétique
dévie de la loi de Curie-Weiss. Néanmoins, aucun ordre magnétique n’a été trouvé par diffraction
neutronique du moins jusqu’aux températures de l’hydrogène liquide. Des résultats préliminaires
de Cs2MnCl4 sont présentés.
Abstract.
2014In the tetragonal layer structure K2NiF4, strong magnetic interactions between atoms belonging to the same plane are present, while the interaction between two layers is much
weaker. Neutron diffraction work revealed an antiferromagnetic interaction in the planes, the
direction of the moments being that of the c-axis.
The compounds La0,5Sr1,5MnO4 and La2NiO4 have the same crystal structure. At low tempe-
ratures their magnetic susceptibility also deviates from the Curie-Weiss behaviour. Nevertheless
no magnetic long range order has been found with neutron diffraction, at least at temperatures
down to that of liquid hydrogen. Preliminary results on Cs2MnCl4 are presented.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE TOME 25, MAI 1964,
1. Introduction.
-Les propriétés magnétiques
des composés à structure perovskite ont été étu-
diées intensivement par diffraction des neutrons
[1] [2]. Il existe une structure fort similaire à la structure perovskite, que nous appellerons struc-
ture K2NiF 4. Cette structure quadratique, diffère
de la structure cubique perovskite KNiF, en ce
que les couches d’atomes de nickel, perpendi-
culaires à l’axe c, y sont séparées par deux couches d’atomes fluor-potassium ~ fig. 1). Les paramètres
de la maille sont : c = 13,07 A et a = 4,00 A [3].
Il était intéressant de voir comment les inte- ractions magnétiques, qui existent dans le KNiF 3
sont modifiées quand on passe à la structure
modifiée K2NiF4, et quelle est la structure magné- tique ordonnée dans des composées de ce type.
2. Expériences.
---En premier lieu on a fait des
mesures de diffraction de neutrons sur le K2NiF4
lui-même [4]. Le spectre de diffraction d’une poudre
de ce composé montre des raies supplémentaires
de surstructure, aux températures d’azote et
d’hydrogène-liquide. Il est possible d’indicer ces
raies en supposant une structure antiferromagné- tique à deux sous-réseaux quadratiques, dans les plans de base 2). En plus on a fait une esti-
mation de la température de transition en mesu-
rant la variation du maximum de la raie magné- tique (100) en fonction de la température. La température de transition se trouve vers 190 OK.
De l’intensité des raies magnétiques, on déduit que les moments magnétiques sont orientés suivant l’axe c.
Des mesures de susceptibilités ont également été
effectuées sur une poudre et sur un monocristal [5].
L’inverse de la susceptibilité en fonction de la
température montre un large minimum vers
200 OK. Les mesures sur le monocristal montrent le même minimum, mais en plus on trouve que la
susceptibilité parallèle à l’axe c, et celle perpen- diculaire à cet axe diffèrent à partir d’environ
110 °K (fig. 3), ce qui montre un eff et d’aniso- tropie.
D’autres composés qui ont la structure K2NiF4
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01964002505057801
Fie. 1.
-K2NiF..
FIG. 2.
-Structure magnétique de K2 Ni F,.
FIG. 3. - (Suivant Srivastavaj,
Inverse de la susceptibilité en fonction de T.
ont été examinées à l’aide de la diffraction des neutrons. Les spectres de La2Ni04 et de Lao.sSrl.sMnO 4 prises à la température de l’hydro- gène liquide ne montrent pas de différence avec
celles prises à la température ambiante. Le bruit
de fond aux petits angles, dû à la diffusion parama-
gnétique ne change pas non plus. Il vaut la peine
de confronter ces résultats avec les mesures de la
susceptibilité. Lao,5Sr,.5Mno4 a une tempéra-
ture de Curie qui est positive (295 OK) (fig. 4) [5].
Fie. 4.
-Inverse:de la susceptibilité en fonction de T
pour L%,r, Sr,.,
580
A plus basse température la susceptibilité n’obéit plus à la loi de Curie-Weiss, mais cela sans montrer
un caractère ferromagnétique. Au contraire la
susceptibilité devient plus ou monis constante.
La2NiO4 a une température de Curie négative,
et dévie également de la loi de Curie-Weiss à partir
de 200 oK [6].
Récemment on a étudié le composé
On a comparé les spectres de diffraction à la tempé-
rature ambiante et à la température d’hydrogène liquide. Le spectre à basse température est simi-
laire au spectre de K2NiF 4 (fig. 5). On peut indicer
Fm. 5.
-Diagramme de diffraction neutronique
de Cs. Mn C]4 à la température de l’hydrogène liquide.
les raies de surstructure de la même iaçon. On
a calculé l’intensité des raies magnétiques dans l’hypothèse que les moments magnétiques sont dirigés suivant l’axe c, et que l’ordre antiferroma-
gnétique est le même que pour !(2NiF 4" On
trouve alors que les rapports entre les intensités
des raies magnétiques sont en accord avec l’expé-
rience. Les valeurs absolues mesurées sont toutefois
plus petites ce qui se laisse expliquer par le fait, qu’à 20 OK on n’est pas assez en dessous du point
de Néel pour avoir une saturation complète. Dans
ces calculs on a pris comme moment magnétique
de l’atome de manganèse, celui du spin seul, ce qui est d’ailleurs confirmé par des mesures préli-
minaires de la susceptibilité, qui donnent une va-
leur de 5,9 magnétons de Bohr [7].
3. Discussion On peut interpréter les me-
sures données plus haut de la manière suivante.
Dans tous les composés considérés il y a certai- nement une interaction magnétique du type superéchange, ce qui est démontré par les mesures de susceptibilité. Cette interaction est ferromagné- tique pour et antif erromagné-
tique pour I(2NiF 4’ I--Ia2NiO 4 et Cs2MnCl4.
En plus, il est raisonnable de supposer que cette force n’est appréciable que dans les plans
de base, l’interaction entre les plans étant beau-
coup plus faible. L’influence de cette dernière interaction doit être tenue responsable pour qu’il
y apparaisse une structure ordonnée dans le cas
de K2NiF4 et de Cs,MnC’4 et pas dans les cas de
La2NiO4 (1) et de La,,,Sr I,lMnO 4- (1) Anotre connais-
sance il n’y a pas une explication bien précise pour cette diff érence entre les forces liant les plans de
base dans les différents composés.
L’image qu’on peut donc se former, du point de
vue phénoménologique suivant ces idées, est celui
d’un système de moments magnétiques lié d’une façon antiferromagnétique dans les plans de base,
avec une interaction magnétique f aible entre les plans. La direction de l’antiferromagnétisme des plans serait ainsi encore relativement libre pour
K2NiF 4 entre 100 oK et 200 oK ce qui expli- querait le large minimum dans l’inverse de la
susceptibilité. Ceci est en accord avec des mesures
de diffraction faites à 120 OK, qui montrent que la raie magnétique (100) s’aplatit fortement [8].
Il est d’ailleurs facile de voir que dans une ana-
lyse de Fourier de la configuration magnétique de K2NiF4 [9] [10], un des paramètres à déterminer
avec la minimalisation de l’énergie libre reste indéterminé, même en considérant des interac- tions entre des plans seconds voisins cela laisse une
liberté à la direction de l’anti-ferromagnétisme des plans. Malheureusement la précision expérimen-
tale ne nous permet pas pour le moment de vérifier de plus près ces idées.
En dessous de 100 OK les constantes d’aniso-
tropie diffèrent de zéro et obligent les moments magnétiques à se mettre parallèles à l’axe c,
tandis qu’une faible interaction entre les plans
les met suivant la configuration de la figure 2.
Des calculs préliminaires de la susceptibilité en
dessous de 100 OK, montrent, qu’avec ces hypo-
thèses il est peut-être possible de décrire la varia-
tion de la susceptibilité perpendiculaire à l’axe c,
dans ce domaine de la température.
Notons enfin qu’on a l’intention de pousser
plus loin l’étude de ces composés par des mesures à l’helium liquide, notamment de Cs2MnCl4. Des
recherches sur Cs2CrC’4 et K2CoF4 sont également
au programme.
Discussion
Pr ISHIKAWA.
-Avez-vous une idée pour expli-
quer que l’ordre magnétique à longue distance
n’existe pas dans La0,5Sr1,5MnO4 à la température
de l’hydrogène liquide ? Dans le cas de K2NlF4
(1) Toutefois, nous n’excluons pas la possibilité d’un
ordre magnétique à une température inférieure à celle de
l’hydrogène liquide.
l’interaction magnétique entre les ions magnétiques
des plans proches voisins est très faible à cause de
l’existence sur un plan du même nombre de spins opposés. Cependant, dans le cas de La0,5Sr1,5MnO4,
on s’attend à un arrangement ferromagnétique
dans le plan ; l’interaction magnétique entre plans proches voisins peut être plus grande.
Dr LEGRAND. - Jusque là, nous n’avons pas d’idée sur le fait qu’on n’ait pas trouvé de struc- ture ordonnée pour Lal,5Sr,,5MnO4 à la tempéra-
ture de l’hydrogène liquide.
BERTAUT. - On ne doit pas se fier uniquement à l’aspect de la courbe de susceptibilité magnétique.
Nous avons rencontré des courbes de susceptibilité parfaitement horizontales sans maximum apparent dans le cas de Nb .0,5.4CoO où la diffraction neutro-
nique à basse température (4,2,DK) a montré un
ordre antiferromagnétique (J. Phys. Chem. Solids, 1762, 21, 234). L’étude aux basses températures
me parait nécessaire.
Dr PLUMIER.
-L’étude de K2NiF 4 à différentes
températures met en évidence un élargissement
de la largeur des réflexions magnétiques (101) et (102) avec la température. On est conduit à ad-
mettre l’existence de fautes dans l’empilement des
feuillets antif erromagnétiques. Il s’agit d’un phéno-
mène assez analogue à l’existence des cc stacking
faults » observés par rayons X dans les structures
en couches. La probabilité de ces fautes croit avec
la température. Une interprétation est suggérée ailleurs, qui tient compte d’une légère déformation
orthorhombique. Cette déformation conduit, no-
tamment suite à « l’exchange striction », à une
interaction magnétique non nulle entre feuillets premiers voisins du même ordre de grandeur que l’interaction dipolaire entre feuillets seconds voi-
sins.
Dr IBERS. - A l’inverse des oxydes et des sulfures, n’est-il pas facile de faire pousser un monocristal de chlorure et de fluorure tel que
Cs2MnCl4 ? N’auriez-vous pas avantage à avoir un monocristal ?
Dr LEGRAND. - Les monocristaux de Cs2MnCl4
sont probablement difficiles à obtenir, car ces composés ont deux phases : au-dessus de 297 OC,
il y a la structure de CS2COC14, au-dessous celle de K2NiF4’
Ijdo a suggéré de faire pousser un monocristal
en chauffant le composé pendant longtemps juste
au-dessous de la température de transition. Il
suggère aussi de dissoudre CsCI et MnCl2 dans
l’alcool et de chauffer la solution à 260 °C. Des
mesures sur monocristal donneraient une plus grande intensité et donc une meilleure résolution.
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