ÉTUDE DES COMPOSÉS, TYPE PHASE DE LAVES, ENTRE LE COBALT ET LES TERRES RARES PARAMAGNÉTISME ET EFFETS DE LA PRESSION

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Submitted on 1 Jan 1971

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ÉTUDE DES COMPOSÉS, TYPE PHASE DE LAVES, ENTRE LE COBALT ET LES TERRES RARES PARAMAGNÉTISME ET EFFETS DE LA PRESSION

D. Bloch, F. Chaissé, F. Givord, J. Voiron, E. Burzo

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D. Bloch, F. Chaissé, F. Givord, J. Voiron, E. Burzo. ÉTUDE DES COMPOSÉS, TYPE PHASE DE LAVES, ENTRE LE COBALT ET LES TERRES RARES PARAMAGNÉTISME ET EF- FETS DE LA PRESSION. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C1), pp.C1-659-C1-660.

�10.1051/jphyscol:19711228�. �jpa-00214055�

JOURNAL DE PHYSlQUE

Colloque C 1, supplément au no 2-3, Tome 32, Février-Mars 1971, page C 1 - 659

ÉTUDE DES COMPOSÉS, TYPE PHASE DE LAVES, ENTRE LE COBALT ET LES TERRES RARES PARAMAGNÉTISME ET EFFETS DE LA PRESSION

D. BLOCH, F. CHAISSÉ, F. GIVORD et J. VOIRON (*)

Laboratoire d'Electrostatique et de Physique du Métal, C. N. R. S., Cedex 166, Grenoble, France E. BURZO

Institut de Physique Atomique, C. P. 35, Bucarest, Roumanie

Résume. - On a étudié expérimentalement la susceptibilité paramagnétique des composés intermétalliques ACOZ, où A est une terre rare (Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er ou Lu). On a également déterminé la variation avec la pression hydro- statique jusqu'a 4,5 kbar de leur température d'ordre magnétique ainsi que celle du composé isomorphe GdNiz. On discute brièvement des résultats obtenus.

Abstract. - We have studied experimentally the paramagnetic susceptibility of intermetallic compounds, formula ACOZ, where A is a rare earth element (Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er or Lu). We have measured the variation with hy+- static pressure up to 4.5 kbar of the magnetic ordering temperatures of these compounds and of isomorphous GdNiz.

We briefly discuss about the obtained data.

Introduction. - L'étude des composés intermé- talliques entre les terres rares et les métaux de transi- tion peut permettre d'apporter quelques indications intéressantes sur la nature des moments des métaux de transition. En effet, la substitution d'une terre rare à une autre, dans un composé défini, ne modifie pas, généralement, sa structure cristallographique, modifie peu les distances interatomiques, mais modifie consi- dérablement ses propriétés magnétiques. Il en est ainsi par exemple des composés intermétalliques cubiques, type phase de Laves [Il entre les terres rares et le cobalt. Le moment du cobalt est voisin de 1 pB dans GdCo,, de 0,5 p, dans PrCo, ; il est nul dans YCoz mais croît avec la concentration en gadolinium dans les composés Y,-,Gd,Co, [2, 31.

L'étude de leur comportement à haute température est essentiellement destinée à préciser l'existence et la valeur d'un moment pour le cobalt en dehors du domaine ordonné magnétiquement. L'étude de leur comportement sous pression doit permettre de pré- ciser le mécanisme d'interaction entre les terres rares et le métal de transition, ainsi que la nature de la température d'ordre magnétique.

Les échantillons ont été préparés par la méthode de lévitation [2]. Après une trempe rapide ils ont été recuits à 800 OC pendant 24 h sous vide secondaire.

Leur pureté cristallographique a été vérifiée aux rayons X. Les échantillons ont été placés, sous vide, dans des ampoules de quartz pour les études parama- gnétiques à haute température. Les dispositifs utilisés pour les mesures paramagnétiques [4, 51 ou sous pression [6] ont été décrits dans des publications anté- rieures.

1. Paramagnétisme. - Le comportement de LuCo, (Fig. 1) est très voisin de celui de YCo, [3] ou ScCo, [7].

La susceptibilité paramagnétique est très forte, voisine de 35 x 10-4 u. e. m./mole et varie peu avec

TEMPERATURE K

FIG. 1. - Variation thermique de la susceptibilité paramagné- tique de LuCoz ;

la température. Celles des composés PrCo,, NdCo,, GdCo,, TbCo,, DyCo, et HoCo, (Fig. 2) ne suivent pas une loi de Curie-Weiss.

TEMPERATURE K

Fm. 2. - Variation thermique de la susceptibilité paramagné-

(*) Boursière du Centre d'Information du Cobalt -Bru- tique de PrCo2, NdCoz, GdCoz, TbCoz, DyCoz, HoCoz et

xelles. ErCoz.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19711228

C I - 6 6 0 D. BLOCH, F. CHAISSÉ, F. GIVORD ET J. VOIRON II. Pression. - Dans le domaine des pressions

utilisées, jusqu'à 4,5 kbar, la température de transi- tion magnétique 9 des composés ACo, varie linéaire- ment avec la pression (tableau I) ; leur compressibilité, K, à la température ordinaire, est voisine de celle, 0,94 x bar-', obtenue [8] pour HoCo,. La variation relative de la température de transition avec le volunle est donnée par :

y = d log O/d log V = (- l/KO) (dO/dp) x

x Cl - Vl@(dOldp)l-' (1) où p est le coefficient de dilatation volumique du réseau non magnétique à la température de transition. Il est voisin de 35 x 1 0 - ~ 0K- ' [9] pour GdCo,. La variation dO/dp est nulle pour lc composé isomorphe GdNi,. Les transitions d'ordre magnétiques des composés PrCo,, NdCo,, TbCo,, DyCo,, HoCo, et ErCo, sont du premier ordre, car elles présentent une hystérésis. Celle-ci ne peut cependant être observée que pour des échantillons soigneusement recuits [2].

d log O

9(K) d9/dp(K. kbar - l) d ,yY

PrCo, NdCo, GdCo, TbCo, DyCo2 HoCo, ErCo, GdNi,

III. Discussion. - On peut interpréter [IO] le paramagnétisme des alliages ACo, en utilisant le modèle du paramagnétisme renforcé, le moment du cobalt étant induit par le champ et par les interac- tions avec les atomes magnétiques voisins. L'analyse des propriétés paramagnétiques permet d'interpréter quantitativement le fort paramagnétisme des alliages

comportant des terres rares non magnetiques (YCo,, LuCo,, ScCo,) et la variation du moment du cobalt avec le spin des terres rares alliées et leur concentra- tion.

Les valeurs des interactions d'échange sont très voisines pour tous les composés avec des terres rares lourdes, mais sont plus fortes pour les composés PrCo, ou NdCo,. Ceci résulte vraisemblablement de la plus grande extension spatiale de la couche 4 f de ces éléments.

La température de Curie est fonction [IO] de la valeur de la susceptibilité renforcée x,, ⁼ X, [l - nXo]-' où n est le coefficient de champ moléculaire représen- tatif des interactions entre atomes de cobalt, et zo

la susceptibilité de la bande 3 d. La valeur de nlo est voisine de 1 comme le montre la forte suscepti- bilité paramagnétique de YCo,, LuCo, ou ScCo,.

Des modifications, mêmes faibles, des densités élec- troniques, telles que celles résultant de l'application de la pression, conduisent à une forte modification de la température d'ordre. C'est ce que l'on observe effectivement. La température de Curie des composés isomorphes terres rares-nickel varie peu avec la pres- sion, la bande 3 d étant alors pleine. Il en est de même pour le nickel, le fer ou le cobalt, qui présentent un moment magnétique permanent.

Le mécanisme de magnétostriction d'échange [Il]

ne peut d'ailleurs être invoqué pour interpréter les transitions magnétiques du premier ordre observées, puisque le coefficient q

(2,5) (N~KOY') où N est le nombre d'atomes de terre rare par unité de volume, et k la constante de Boltzmann, est nettement infé- rieur à 1, avec des valeurs comprises entre 0,04 et 0,l. L'ensemble de ces résultats expérimentaux montre l'importance des phénomènes de polarisation de la bande 3 d du métal de transition dans la compré- hension des propriétés magnétiques de ces alliages.

Remerciements. - Les auteurs de ce travail remer- cient R. Lemaire pour ses nombreuses suggestions et pour son aide constante.

Bibliographie

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