STRUCTURE MAGNÉTIQUE DE LA SOLUTION SOLIDE UFe0,75Cr0,25O4

HAL Id: jpa-00214332

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Submitted on 1 Jan 1971

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STRUCTURE MAGNÉTIQUE DE LA SOLUTION SOLIDE UFe0,75Cr0,25O4

P. Wolfers, M. Bacmann, E. Bertaut

To cite this version:

P. Wolfers, M. Bacmann, E. Bertaut. STRUCTURE MAGNÉTIQUE DE LA SOLUTION SOLIDE UFe0,75Cr0,25O4. Journal de Physique Colloques, 1971, 32 (C1), pp.C1-859-C1-860.

�10.1051/jphyscol:19711301�. �jpa-00214332�

JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C I , supplément au no 2-3, Tome 32, Février-Mars 1971, page C 1

-

⁸⁵⁹

STRUCTURE

MAGNÉTIQUE

DE LA SOLUTION SOLIDE

uFe0,7SCr0,2504

par P. WOLFERS, M. BACMANN, E. F. BERTAUT

Laboratoire d'Electrostatique et de Physique du Métal, CEDEX no 166, 38, Grenoble-Gare, France Résumé. - UCr04 [1] est un antiferromagnétique colinéaire. UFe04 [Z] est un antiferromagnétique colinéaire d'un type différent entre T N = 55 OK et Tc = 42 OK et devient ferromagnétique non colinéaire au-dessous de TE. La solution solide isomorphe, cristallise dans le groupe d'espace Pbcn-Djh avec la maille orthorhombique a = 4,88

A,

^{b =} 11,89,

A,

c = 5,094

A

et s'ordonne antiferromagnétiquement au-dessous de 40 OK. Son diagramme de diffraction neutronique enregistré à 4,2 OK ne montre aucune corrélation avec les diagrammes des composants. Des satellites magnétiques apparaissent indiquant une maille magnétique non rationnelle. Par opposition aux solutions solides FezCr2-+Os [SI, où une composante colinéaire accompagne une composante hélicoïdale, on a affaire dans UFe0,75Cr0,2504 à une structure hélicoïdale complexe sans composante colinéaire, le vecteur de propagation étant k = (O 0,44 0).

Abstract. - UCr04 [l] is a collinear antiferromagnetic compound. UFe04 [2] is also a collinear antiferromagnetic compound with a different arrangement between TN = 55 OK and TC: = 42 OK. It becomes a non-collinear ferromagnet below TE. The isomorphous solid-solution UFe0,75Cr0,2504 crystallizes in space group Pbcn

~ : h

with the orthorhombic unit ce11 parameters : a = 4.883

A,

b = 11.897

A,

^{c =} 5.094

A.

It orders antiferromagnetically below 40 OK. Its neutron diffraction pattern at 4.2 OK differs completely with these of the end members. The satellite magnetic reflections indicate a non rational magnetic unit cell. In opposition to the solid solutions Fe,Cr~-~03 [5] where a collinear component coexists with an helicoïdal one, UFe0,75Cr0,2504 develops a complex helicoïdal structure without collinear component. The wave vector 1s k = (O 0.44 0).

La solution solide UFe,,75Cro,2504, isomorphe des composés UCrO, [ l ] et UFe04 [2], cristallise dans le groupe d'espace ~ b c n - ~ i h avec la maille orthorhombique : a = 4,88,

A.

b = 11,89,

A

et c = 5,09,

A.

Les atomes de fer (et chrome) et d'uranium sont en position 4 c :

-

o , y , * ; o , ~ , $ ; 2 , Z

+

~ , 4 ; 2 , 3 - Y ¶ $ 1 avec y(Fe, Cr) ⁼ 0,438 et y(U) ⁼ 0,166.

On rappelle qu'au-dessous de TN = 45 OK, UCr0, est un antiferromagnétique colinéaire, dont l'arran- gement des moments est de type A, (

+

^{- - +) en numé-}

rotant les spins de 1 à 4 dans l'ordre de la séquence 1.

Entre TN = 55 O K et Tc = 42 OK, le composé UFeO, est lui aussi un antiferromagnétique colinéaire mais de type C, (+

+

^{- -)} où l'échange entre proches voisins (1, 2) et (3, 4) est positif. Ce composé devient ferromagnétique non colinéaire au-dessous de Tc, l'arrangement magnétique étant alors décrit par le couplage C,F, dans le plan (a, c).

Des mesures magnétiques ont montré que leur solution solide UFeo,,5Cro,2504 s'ordonne antiferro- magnétiquement au-dessous de 40 OK.

Deux diagrammes de diffraction neutronique à 300 et 4,2 OK ont été effectués à la longueur d'onde de 2,01

A.

Le diagramme obtenu à basse température ne montre aucune corrélation avec les diagrammes correspondants des composants UFe0, et UCrO, : des satellites magnétiques y apparaissent indiquant une maille magnétique non rationnelle. Le choix du vecteur de propagation q = (O 0,44 0) a permis leur indexation.

Pour résoudre la structure magnétique, nous avons appliqué la méthode macroscopique [3]. La structure magnétique finalement déduite est projetée selon b et a dans les figures 1 et 2. Les valeurs des compo- santes x , y et z des moments des huit atomes repré-

FIG. 1. - Projection de la structure magnétique selon b. Les moments en trait plein sont relatifs aux atomes de la séquence 1

du texte. On a représenté d'autre part la disposition relative des moments des couples d'atomes proches voisins distants

de 2,92 A : (1,2'), (3,4'), (4,3') et (l', 2).

cote O cote 1 coie O cote I

FIG. 2. - Projection de la structure magnétique selon a. Deux mailles cristallines sont représentées. Les chaînes d'atomes

proches voisins sont mises en évidence.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19711301

C 1 - 860 P. WOLFERS, M. BACMANN, E. F. BERTAUT

Valeurs des composantes des moments des huit atomes représentés dans les jïgures 1 et 2

Atome Composante en pB selon

a b c

- - - ^-

1(0 Y

f ) -

0,46 3,19 0,71

2(0

Y

Q) 0,84 - 2,92 - 1,29

3(2

-S. +

Y

9)

- 0,89 - 2,86 - 1,38

4(2

5

- Y 9) 1,56 1,62 2,40

l'(O y - 1

4)

1 ,O7 - 2,66 - 1,64 2'(0 1 - y $) - 0,19 3,28 0,30 3'(5 y

-

¹ ₂ ¹ _{4) 1,78 0,48 2,74}

4'(+

5 -

^y 9)

-

1,13 - 2,57 - 1,74 sentés sont groupées dans le tableau 1. Le moment de l'atome moyen (Fe, Cr) estimé à 3,3 pB est à comparer à la valeur 3,84 pB déduite de l'étude de la susceptibilité paramagnétique [4], l'écart observé chiffrant probablement la fraction de spin non ordonné.

Le tableau II compare les intensités magnétiques observées et calculées pour ce modèle de spirale, le facteur de véracité est alors de 11,6

%

pour dix réflexions et tombe à 7,7

%

si l'on néglige l'ensemble des réflexions 021 - et 110' connu avec une grande imprécision. L'impossibilité d'évaluer la faible contri- bution de l'uranium ne permet pas actuellement d'améliorer ce résidu.

L'examen de la structure magnétique proposée montre que les moments des atomes (Fe, Cr) des familles (1, 2) d'une part et (3,4) d'autre part se trou- vent dans des plans parallèles au vecteur de propa- gation dont les normales font respectivement un angle voisin de

+

300 et de - 300 avec a (voir Fig. 1).

Ces plans de facile aimantation sont tout à fait ana- logues à ceux observés pour le composé UFeO, lorsque T < 42 OK.

Dans les chaînes qui se développent selon c (voir Fig. 2), on retrouve la prédominance de l'échange positif Fe-O-Fe à angle droit entre proches voisins, observé dans les deux formes magnétiques de UFeO,.

Intensités magnétiques observées et calculées hkl -

O O O' O 1 0- O 1 O+

O 2 0- O 0 l * O 1 1- O 2 Of 1 O 0' 1 1 0- O 3 0- O 1 1+

0 2 1- 1 1 O + 1 2 0-

Intensités

observées calculées

- -

0,9 1 0,79

1,70 1,73

0,86 0,91

0,35 0,58

non obs. 0,14

non obs. 0,04

0, 3 0,14

5,s 598

(*) 1 ,O4

(*) 025

1,4 1,5

i

^1,s

i

^{0,28 0,86}

(**>

3,47

(*) Valeurs très imprécises dues à l'empiètement de réflexions intenses.

(**) Valeur imprécise comprise entre 3 et 5.

En conclusion, la structure magnétique de

répond à un arrangement cycloïdal complexe que l'on pourrait qualifier de « double cycloïde » puisque les familles de moments (1, 2) et (3, 4) se trouvent dans deux types de plans distincts parallèles au vecteur de propagation.

On y retrouve les traits essentiels de la structure magnétique de UFeO, à savoir l'échange ferroma- gnétique entre proches voisins et des plans d'aniso- tropie analogues, l'apport d'atomes de chrome ayant pour effet d'introduire une composante selon Oy et une importante modulation de l'ensemble de l'arran- gement magnétique.

Nos résultats s'opposent par leur complexité à ceux déduits de l'étude des solutions solidesFe,Cr2 -,O, où une composante colinéaire accompagne une composante hélicoïdale [5].

Bibliographie

VALIER (R;) et ROULT '(G.), J. Appl. Phys.; 1969, Chem.-Solids, 1963,

a,

⁴⁽

40, 1131.