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Submitted on 1 Jan 1979
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Etude de la diffraction de neutrons des composés Y(Co1-xCux)5
Y. Yang, W. Ho, K. Yang, T. Tchou, S. Ts’Eng, L. Kin
To cite this version:
Y. Yang, W. Ho, K. Yang, T. Tchou, S. Ts’Eng, et al.. Etude de la diffraction de neutrons des composés Y(Co1-xCux)5. Journal de Physique Colloques, 1979, 40 (C5), pp.C5-177-C5-179.
�10.1051/jphyscol:1979564�. �jpa-00218981�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C5, supplément au n° 5, Tome 40, Mai 1979, page C5-177
Etude de la diffraction de neutrons des composés YCCo^CuJs
Y. T. Yang et W. W. Ho Université de Pékin, Chine
K. L. Yang, T. S. Tchou, S. S. Ts'eng et L. Kin Institut Atomique, Pékin, Chine
Résumé. — Nous avons étudié l'ordre des atomes de Cu dans les composés Y(Co1_xCux)5. L'analyse de la dif- fraction de neutrons montre que les atomes de Cu occupent préférentiellement le site 2c. L'anomalie thermique de dilatation des composés RCos suivant l'axe c est expliquée en relation avec ce résultat.
Introduction. — La dilatation thermique des composés RCo5 (R étant un élément de la série de terres rares) est anisotrope. Le coefficient de dila- tation suivant l'axe présente une anomalie au-dessous de la température de Curie [1]. Mais, quand on substi- tue des atomes de Co par des atomes de Cu, cette anomalie est très réduite, figure 1.
L'anomalie de volume d'un composé magnétique dépend, de façon générale, de la variation de l'énergie d'échange avec la distance interatomique. La contri- bution de l'énergie d'échange à la dilatation de volume est soit positive, soit négative, selon le signe de la dérivée première de l'énergie d'échange / par rapport à la distance interatomique r : dJIdr. Quand dJIdr > 0, r tend à croître pour que l'énergie d'échange diminue. Quand dJIdr < 0, l'effet est inverse.
Les composés RCo5 ont une structure de type CaCu5. Les atomes de Co prennent 2 sites, 2c et 3g, figure 2. La distance interatomique Coc_g est la plus courte [2]. Si l'on suppose que Coc_g correspond à dJIdr > 0, l'apparition de l'anomalie de dilatation suivant l'axe c pourrait s'interpréter à l'aide de la courbe proposée par Néel-Slater [3,4]. La substitution des atomes de Co par des atomes de Cu non magné- tiques diluant le magnétisme, l'interaction d'échange a moins d'influence. Mais, dans ce cas, si les atomes de Cu occupent préférablement une position déter- minée, la diminution de l'interaction d'échange Coc_g
sera plus importante, il en résultera une forte réduc- tion de l'anomalie de dilatation suivant l'axe c.
Fig. 1. — Variation relative de longueur d'échantillons orientés et frittes de SmCo5 et de Sm(Co, Cu)5 en fonction de la tempé-
rature. Fig. 2. — Structure cristallographique RCo5.
Abstract. — We have studied the ordering of Cu atoms in the compounds Y(Co1_J£Cux)5. From the neutron diffraction analysis it is concluded that the Cu atoms prefer to occupy the site 2c. In connection with this result, thermal dilatation along c axis of the compounds RCo5 is explained.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1979564
C5-178 Y. T. YANG, W. W. HO, K. L. YANG, T. S. TCHOU, S. S. TS'ENG ET L. KIN
Ainsi se pose un problème. Dans les composés RCO,, la substitution des atomes de Co par des atomes de Cu a-t-elle un ordre ? L'ordre des atomes a une importance non seulement pour expliquer la dilatation thermique, mais aussi pour mieux comprendre le magnétisme des composés RCo,.
A. M. van Diepen et al. ont utilisé l'effet Moss- bauer et J. Laforest et al. ont utilisé la diffraction de neutrons pour étudier l'ordre des atomes de Fe des composés Th(Co, Fe), [5, 6, 71. Dans le déve- loppement des aimants permanents basés sur un élément des terres rares et le cobalt, la substitution des atomes de Co par des atomes de Cu, qui permet de réaliser la coercivité, joue un rôle important. Pourtant, l'ordre des atomes de Cu des composés R(Co, Cu), n'a pas encore été directement étudié. A l'aide de la différence de la longueur de Fermi entre l'atome de Cu et celui de Co, il est possible de distinguer les positions cristallographiques de ces deux éléments par la diffraction de neutrons.
Expériences et résultat. - Les composés étudiés sont les suivants : Y(Co,-,Cu,),, x = 0,0, 0,2, 0,4 et 0,6. Ils ont été préparés dans un four à l'arc sous atmosphère d'argon. Chaque lingot a été refondu plusieurs fois. Des échantillons ont été recuits sous
Fig. 3. - Spectres de diffraction de neutrons des composés Y(Co,-,~,),.
vide à 1 000 OC pendant une semaine afin de s'assurer d'une bonne homogénéité. Nous avons contrôlé l'unicité de la phase RCo, à l'aide d'un diffractomètre à rayons X et par l'observation microscopique.
Les mesures de la diffraction de neutrons ont été effectuées à l'aide du diffractomètre de l'Institut atomique de Pékin. La longueur d'onde des neutrons utilisée est de 1,105 A. L'échantillon en poudre est mélangé avec une poudre d'aluminium de pureté analytique afin d'éliminer l'orientation préférentielle possible des grains. Les spectres de diffraction de neutrons des composés Y(Co, Cu), sont portés sur la figure 3.
La structure de Y(Co, Cu), appartient au groupe d'espace P6lmmm. Les positions des atomes d'une maille sont portées ci-dessous :
Atome Position
- -
Y (O, O, O)
Co, (en 2c) ("0) 3 3 ( 2 ~ 0 ) 3 3 CO,, (en 3g) (+OS) (044) (444)
A la température ambiante, l'intensité de la dif- fraction de neutrons se compose de deux termes, intensité nucléaire et intensité magnétique.
Soit P la probabilité pour qu'un atome de Cu occupe un site 2c, et (1 - P ) la même probabilité pour l'atome
5 x - 2 P de Co. II en résulte que
3 est la probabilité que l'atome de Cu occupe un site 3g, et que ( l - 5 x - 2 P 3 sera celle pour l'atome de Co. On s'ait que les inteiactions magnétiques des atomes de Co sont ferromagnétiques et que la direction de facile aimantation est celle de l'axe c du cristal. Dans une évaluation théorique du facteur magnétique, nous ne tenons pas compte de la différence possible du moment magnétique de l'atome de Co à des sites différents. Nous utilisons pour cela une méthode analogue à celle de Lemaire 181, et nous adoptons comme lui la valeur du facteur de forme de Nathans [9].
Tableau 1. - Intensités calculées et observées pour diflérentes valeurs de x. R représente le facteur de confîance.
x -+
HKL
1 O0 O0 1 101 110 200 + 111
20 1 112 211 P RO/,
ÉTUDE DE LA DIFFRACTION DE NEUTRONS DES COMPOSÉS Y(Co,-,Cu,), C5-179
Le moment magnétique de Co est déduit des intensités de la diffraction.
La comparaison des intensités observées à celles
calculées est portée dans le tableau 1. La figure 4 montre ~=0.2 la variation de l'intensité de diffraction en fonction 2.5 -
de la probabilité P. La valeur de P est déterminée par les données expérimentales, P = 0,3, 0,5 et 0,7
2.0- ~ * " f i o correspondant à x = 0,2, 0,4 et 0,6 respectivement.
b \
.- - Iu \ \
Discussion. - Chaque atome de Co du site 2c a F 1.5- six premiers voisins du site 3g, tandis qu'un atome 1~
II>
du site 3g a quatre premiers voisins du site 2c. Par conséquent, quand un atome de Cu est substitué à - = un atome de Co, (Co,-Co,) diminue. Cela permet donc de diminuer énormément l'anomalie de dilatation
sur l'axe c dans les échantillons contenant du cuivre. 0.5-
Comme les atomes de Cu occupent préférentielle- -
ment le site 2c, la substitution des atomes de Co
par des atomes de Cu non magnétiques pourrait O 01 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 '
-
Pfournir de l'information relative à la caractéristique
des atomes de Co aux sites différents. Une étude Fig. 4. - Variations relatives de l'intensité des raies calculées
consacrée à la variation de l'anisotropie magnéto- en fonction de la probabilité P (- échelle de gauche ; ---
cristalline du moment magnétique et de la température échelle de droite). Les points représentent des valeurs expéri-
de Curie en fonction de la concentration de Cu est mentales.
en cours.
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