ÉTUDE PAR EFFET MÖSSBAUER DES PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DE ZnMn2O4

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Submitted on 1 Jan 1974

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ÉTUDE PAR EFFET MÖSSBAUER DES PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DE ZnMn2O4

M. Wautelet, A. Gérard

To cite this version:

M. Wautelet, A. Gérard. ÉTUDE PAR EFFET MÖSSBAUER DES PROPRIÉTÉS MAG- NÉTIQUES DE ZnMn2O4. Journal de Physique Colloques, 1974, 35 (C1), pp.C1-101-C1-103.

�10.1051/jphyscol:1974131�. �jpa-00215507�

JOURNAL DE PHYSIQUE CoIloq~re C l , s~pplémerit au rzo 1, Tonze 35, Janvier 1974, page Cl-101

ÉTUDE PAR EFFET MOSSBAUER

DES PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DE ZnMn,O,

M. W A U T E L E T e t A. GÉRARD

Institut d e Physique, Université d e Liège, B-4000 Sart-Tilman, Belgique

Résumé. - La température de Néel connue pour ZnMn201 est située entre 200 et 250 K. Nous avons étudié la solution solide Zn(Mno,osFe1i,i,z)z04 par spectrométrie Mossbauer entre 4,2 et 300 K.

Ce n'est qu'aux environs de 50 K qu'apparaît une structure Zeeman. A 4,2 K, le spectre se com- pose de deux sextuplets caractérisés par des paramètres hyperfins peu différents, en dehors des paramètres angulaires. Près de 50 K, les spectres sont fortement élargis, tandis qu'entre 50 et 60 K subsiste un doublet dissymétrique.

Un calcul montre qu'il n'est pas exclu que l'anomalie de susceptibilité magnétique aux environs de 200 K soit due au champ cristallin, bien qu'il soit difficile de déterminer les paramètres de celui-ci.

La température de Néel de ZnMn204 se situe donc vers 50 K.

Abstract. - The Néel teniperature of Z n M n z 0 ~ is known to be situated in the range of 200 to 250 K. The compound Zn(Mno.o~Fe1i.o2)?04 was studied between 4.2 and 300 K , by Mossbauer spectrometry.

The Zeeman structure appears near 50 K. At 4.2 K, the spectrun-i is composed of two sextuplets, characterized by sin-iilar hyperfii-ie parameters, excepted for the angular ones. Near 50 K, the spectra are broad, and between 50 and 60 K, a dissyn-ietric doublet is seen.

It is possible that the anomaly of magnetic susceptibility is due to the crystal field, but it is diffi- cult to determine these parameters. To conclude, the Néel temperature of ZnMnzO4 is situated near 50 K.

1. Introduction.

Les propriétés magnétiques d u composé ZnMn,O,, de structure spinelle quadrati- que, o n t été étudiées p a r quelques auteurs [Il-[41, [7]. 2

Des courbes d e susceptibilité magnétique, les auteurs concluent à une température de Néel située entre 200 e t 250 K. Les mesures de chaleur spécifique de Aiyama [3] indiquent la présence d'une anomalie vers 250 K. D'autre part, tous ces résultats peuvent s'interpréter p a r un arrangement antiferromagnétique dans chaque rangée [ 1 IO] et [ I I O ] .

P a r rapport aux autres spinelles à interaction B-B, ZnMn,O, se sing~ilariserait par sa haute température de transition, les autres spinelles ayant une tempé- rature d'ordre généralement en dessous de 20 K.

N o u s avons étudié le coinposé Zn(Mn0,98Fe0,02)204

p a r effet Mossbauer, en fonction de la température.

2. Résultats de spectrométrie Mossbauer. - Comme nous l'avons déjA noté [5], le spectre d u composé étudié à 77 K est identique à celui à tempéra- ture ambiante. I I en est d'ailleurs de même des spec- tres de résoi1:ince pal-amngiiétique électronique. 1

A 60 et 55 K, les spectres Mossbauer coinportent

^O

-

³

un doublet dissyi-iiétrique, comme on le voit Tur la Fia. 1.

Spectres Mossbauer de Z r ~ ( M n i i , ~ ~ F e ~ , ~ ~ ) f i ~ à 00

figure 1. Par contre, ceux pris enti-e 50 et 38 K. indi- et 55 K.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1974131

Cl-102 M. WAUTELET ET A. G É R A R D

qués sur la figure 2, sont composés de raies très larges et d'un pic intense aux environs de la vitesse nulle.

Les spectres entre 30 et 4,2 K montrent six zones d'absorption bien définies, dont certaines font appa- raître deux maxima. Un ajustement par moindres carrés du spectre Mossbauer à 4,2 K indique la pré- sence de deux sextuplets d'intensités à peu près égales et de caractéristiques hyperfines respectives indiquées dans le tableau 1.

FIG. 2. - Spectres Mossbauer de Zn(Mno,98Fe~,02)204 a 47,44, 38 K.

Le deuxième sextuplet Zeeman, de grande largeur, peut s'expliquer par une distribution de paramètres hyperfins due, soit à l'environnement des ions Fe3' [5], soit à une structure magnétique complexe, comme dans Mn,O, [6].

Entre 4,2 et 30 K, la distribution des paramètres hyperfins s'élargit jusqu'à donner lieu à des raies qui se recouvrent fortement entre 38 et 50 K. Au-dessus de 50 K, les spectres Mossbauer ne peuvent pas s'expli-

quer par une distribution de paramètres hyperfins, mais bien par un processus de relaxation. Ceci est en accord avec les résultats de diffraction neutronique [7], qui indiquent la présence d'ordre à courte distance à 77 K.

11 ressort donc des résultats de spectrométrie Moss- bauer que la transition vers un état magnétique de ZnMn,O, se situe au maximum à 50 K.

FIG. 3. - Spectre Mossbauer de Zn(Mno,98Fe~,02)204 a 4,2 K.

3. Discussion. - Afin de tenter d'expliquer le comportement anormal de la courbe de susceptibilité magnétique entre 300 et 50 K, nous avons effectué un calcul de champ cristallin [8]. On détermine ainsi que le niveau orbital fondamental se sépare en deux dou- blets et un singulet, ce dernier étant à une énergie plus élevée que les doublets. A partir de ce schéma de niveaux, on peut calculer aisément la courbe de sus- ceptibilité magnétique de ZiiMii,O, dans la zone paramagnétique. Cette courbe présente l'allure géné- rale de celles obtenues expérimentalement [Il-[4], [7].

Toutefois, comme on ne peut pas déterminer expéri- mentalement les paramètres de cl-iainp cristallin, il n'est pas possible d'aller plus loin dans I'interpréta- tion de cette courbe.

Un calcul de charges ponctuelles permet de compreii- dre l'existence d'un facteur d'asymétrie important.

En effet, le calcul donne il = 0,23 et e2 qQ = 4,22 mm/s.

Cette grande valeur de y est due au fait que la symétrie

Résultats de I'ajustenient par moindres carrés (Ir( spectre Mossbauer de Zn(Mno,,,Fe,,o,),O,, à 4,2 K

Hi", (kOe) e 2 qQ (mmls) il O

- -- - (P

- r (mmls)

1 474 3,23 f 0,06 0,6 + ^{0,3 150} + ^{I o 160} + ^{6O 0,4}

2 425 3,23 + ^{0,06 0,6 0,3 30°} + ¹⁰ 0,9

ÉTUDE P A R E F F E T MOSSBAUER D E S PROPRIÉTÉS MAGNETIQUES D E Z n M n z 0 4 Cl-103

ponctuelle aux sites de l'ion manganèse est basse, à savoir CI,, D'après ces calculs, l'axe principal du gradient de - ^21/11.

cliamp électrique est pratiquement parallèle à l'axe c du cristal. A partir de ce fait et des angles déterminés à partir du spectre Mossbauer à 4,2 K, nous pouvons conclure que la structure magnétique des ions B est semblable à celle de Mn304 [6]. L'analogie avec ce composé est encore renforcée par le fait que la teni- pérature de Néel de M n 3 0 4 est voisine de 50 K. Ceci signifierait donc que les interactions B-B sont prédo- minantes pour ces produits.

En ce qui concerne la distribution des paramètres hyperfins, il n'est pas exclu qu'elle soit due au taux de fer dans le réseau. En effet, vu la concentration en fer et les effets de paires possibles, l'environnement des ions Fe3+ pourrait varier et influer sur le champ molé-

culaire et sur son orientation, voire sur la température de transition du composé. Dès lors, l'étude de com- posés plus dilués s'avère nécessaire.

4. Conclusions.

Il ressort des spectres Moss- bauer du composé Zn(Mn,,,,Feo,02),0, que la tem- pérature de Néel de ce composé se situe au maxi- mum à 50 K. Ceci rendrait ZnMn20, comparable à Mn,O,, la structure magnétique de ces composés à basse température étant aussi semblable. L'origine de la distribution des clîamps hyperfins pourrait être mieux comprise par l'étude de composés plus dilués.

Remerciements.

Nous tenons à remercier Dr P. Imbert et Dr F. Varret du CEN (Saclay) pour les fructueuses discussions que nous avons pu avoir ensemble.

Bibliographie

[Il BONGERS, P. F., thèse de doctorat. [5] GÉRARD, A. and WAUTELET, M., Phys. Stat. Sol. (a) 16 121 BLASSE, G., Philips Res. Rep. 20 (1965) 528. (1973) 395.

[6] BOUCHER, B., BUHL, R. et PERRIN, M., J. Phys. & Che111.

[3] AIYAMA, Y., J. Phys. Soc. Japali 21 (1966) 1684. Solids 32 (1971) 2429. .

141 SINHA, K. P. and SINHA, A. P. B., J. Phys. Soc. Japan 17 [7] BOUCHER, B., communication privée.

sup. B 1 (1962) 218. [8] HUTCHINGS, M. T., Sol. Stat. Phys. 16 (1964) 227