HAL Id: jpa-00214485
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00214485
Submitted on 1 Jan 1971
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
CONFIGURATION NON-COLINÉAIRE DES MOMENTS INDUITE PAR UN CHAMP
MAGNÉTIQUE DANS LES FERRITES GRENATS DE TERRES RARES
G. Hug, P Morin
To cite this version:
G. Hug, P Morin. CONFIGURATION NON-COLINÉAIRE DES MOMENTS INDUITE PAR UN CHAMP MAGNÉTIQUE DANS LES FERRITES GRENATS DE TERRES RARES. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C1), pp.C1-193-C1-194. �10.1051/jphyscol:1971158�. �jpa-00214485�
CONFIGURATION N O N - C O L ~ N ~ I R E DES MOMENTS INDUITE PAR UN CHAMP M A G ~ T I Q U E
DANS LES FERRITES GRENATS DE TERRES RARES
G. HUG et P. MORIN
Laboratoire d'Electrostatique et de Physique du Mttal, C . N. R. S . , CCdex 166, 38, Grenoble
Rhum6. - Nous avons etudik le comportement magnetique d'un monocristal de ferrite grenat d'holmium HoIG, suivant la direction [Ill], au voisinage de son point de compensation, dans des champs magnetiques qui atteignent 140 kOe.
Sur les courbes d'aimantation isothermes, nous avons observk une discontinuit6 de la susceptibilite differentielle pour une valeur Hcr du champ applique. Ce comportement particulier de HoIG s'explique par un changement de configuration des moments : passage d'une structure colineaire stable en champs faibles a une structure oblique stable en champs forts.
Abstract. - This paper describes the magnetic behavior of a single crystal of holmium iron garnet along the [ I l l ] axis, near its compensation point, in magnetic fields up to 140 kOe. On the magnetization curves we noticed a discontl- nuity in the susceptibility which occurs at a critical fieIdH,'. This special behavior of HoIG may be explained by the fact that the colinear ferrimagnetic structure becomes angled, which only occurs in a magnetic field.
Introduction. - Les ferrites grenats de terres rares de formule R3Fe,0,, possbdent la structure cubique OAO. Les sites a et d sont occupes par les ions Fe3+, alors que les sites c le sont par les ions terres rares R3+.
I1 existe entre les ions Fe3+ des sites a et d une t r b forte interaction nCgative, qui tend B aligner les mo- ments de ces ions antiparall6lement ; les interactions a c , d-c et c-c sont beaucoup plus faibles. I1 en resulte que le champ effectif qui agit sur les ions R3' est faible et que l'aimantation du sous-rbeau terre rare depend beaucoup du champ applique. Alors que les interactions d'echange tendent a rendre les aimanta- tions des sous-rbeaux antiparalleles, un champ magnt- tique exterieur tend B les aligner parall6lement. On c o n ~ o i t alors qu'il peut exister une region du plan ( H , T) dans laquelle I'energie est minimale quand les aimantations des sous-rbeaux ne sont plus coli- ntaires avec le champ.
Nous dtcrivons le comportement d'un monocristal de ferrite grenat d'holmium dans des champs magn6 tiques qui atteignent 140 kOe, et qui sont donc compa- r a b l e ~ au champ d'tchange auquel est soumis un ion Ho3+ de la part des ions Fe3+.
Rhultats expCrimentaux. - Nous avons effectut des mesures d'aimantation isothermes ; la precision sur I'aimantation est de l'ordre de 5 x
Sur la figure 1 nous avons represent6 deux courbes d'aimantation pour des temptratures inferieures B la temptrature de compensation T, (129 OK). Sur chaque courbe on distingue deux rtgions. En champs forts, I'aimantation est directement proportionnelle au champ appliquk ; pour les differentes isothermes, ce coefficient de proportionnalitt est le m2me et vaut 23,s kOe/p,/formule Ho,Fe,O,, ; lorsque le champ dtcroit, la susceptibilitt diffdrentielle prtsente une discontinuitt pour une valeur Hci du champ applique ; lorsque le champ continue B decroitre, on tend vers l'aimantation spontante. Sur la figure 2 nous avons reprksenti la variation thermique de H,, au voisinage de la temptrature de compensation. On remarque sur la figure I que la discontinuitt de la susceptibilit6 difftrentielle au champ critique est d'autant moins
FIG. 1. - Courbes d'aimantation isothermes de HoIG pour des temptratures voisines du point de compensation.
FIG. 2. - Variation thermique du champ critique Hci (en trait fin : variation theorique).
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1971158
C 1 - 194 G . HUG ET P. MORIN grande que la temperature est plus proche de T, ;
par suite, il n'est pas facile de determiner HCi dans cette zone de temptrature. En outre, en raison des champs magnetiques continus disponibles, nous n'avons pu determiner Hci que dans un faible inter- valle de temperature ( 1 0 o K ) autour du point de compensation.
Interprkfation des RCsultats [l, 21. - Nous suppo- serons que les deux sous-rkseaux fer peuvent Ctre traitds globalement comme un seul sous-r6seau d'ai- mantation MF. L'aimantation du sous-reseau terre rare sera notte MR. Dans I'approximation du champ molCculaire, les champs effectifs qui agissent sur les sous-rtseaux fer et terre rare ont pour expression
HF = IbF M F
+
AMRoh 1,3, et A, sont les coefficients de champ moleculaire.
La configuration stable des aimantations des deux sous-rtseaux est obtenue en minimisant l'energie du systeme, somme de l'tnergie dans le champ exterieur et de l'tnergie d'echange. Nous negligeons l'energie d'anisotropie. Soient 9, et OF les angles que font MR et MF avec H. L'tnergie totale s'krit alors :
Pour que 17Cnergie soit minimale, il est nCces- saire que les 3 vecteurs H, MR et MF soient situes dans un mCme plan. Des conditions d'equilibre
[I] SCHLOMANN (E.), Solid State Physics in Electronics and Telecommunications, 1960, 3 , 322.
[2] CLARK (A. E.) et CALLEN (E.), J. AppI Phys., 1968, 39, 5972.
dE/a8, = 3E/3eR = 0, on dtduit que l'aimantation totale M = MR f M F est toujours colintaire B H ; si on 6limine 9 , entre les 2 tquations, l'angle OR sera alors solution de l'equation :
Cette equation posdde trois solutions, deux d'entre elles sont colineaires et correspondent aux structures ferri- et ferromagnetique des aimantations des d e w sous-rtseaux, la troisieme est oblique ; l'bnergie de la solution oblique est, quelle que soit la valeur de H, infkrieure a l'energie des deux autres ; la structure oblique n'a cependant d'existence physique que pour des champs compris entre H,, = ( A I ( MR - MF I et
H,, = 11 ( ( M R
+
MF), car en dehors de cet intervalleI cos 0, I serait supirieur B 1.
Dans la zone oblique, l'aimantation totale M est proportionnelle a H, la susceptibilitk est tgale Q 111 A I ; elle est donc independante de la tempirature, ce que nous avons vCrifi6 exptrimentalement. On en dtduit directement que le champ d'tchange fer-terre rare au zero absolu est de 118 kOe, valeur B comparer avec celles de Caspari 131 (125 kOe et 65 kOe) et celle de Pauthenet [4] (93 kOe). Exp6rimentalement7 nous n'avons pu observer que le champ critique inftrieur HCi ; nous avons evalue theoriquement H c i ( T ) a l'aide du modble propost par Clark [2]. L'accord est relativement satisfaisant. Les premieres determinations expirimentales des champs critiques pour HoIG avaient tte effectuees par effet Faraday [5].
Nous avons ttudiC aussi les ferrites grenats de terbium, de dysprosium et d'erbium. Le phknomene que nous venons de dtcrire peut 2ter mis en evidence d'autant plus facilement que la ten~ptrature de compen- sation est plus basse.
[3] CASPARI (M. E.), KOICKI (A.), KOICKI (S.) et WOOD (G. T . ) , Phys. Letters, 1964, 11, 195.
[4] PAUTHENET (R.), Ann. Phys., 1958, 3, 424.
[5] KHARCHENKO (N. F.), EREMENKO (V. V.) et B E L Y ~
