Structure magnétique du manganite de fer par diffraction neutronique

HAL Id: jpa-00205820

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00205820

Submitted on 1 Jan 1964

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.

Structure magnétique du manganite de fer par diffraction neutronique

Andrzej Murasik, Georges Roult

To cite this version:

Andrzej Murasik, Georges Roult. Structure magnétique du manganite de fer par diffraction neu- tronique. Journal de Physique, 1964, 25 (5), pp.522-525. �10.1051/jphys:01964002505052200�. �jpa- 00205820�

STRUCTURE

MAGNÉTIQUE

^{DU MANGANITE DE FER} PAR DIFFRACTION NEUTRONIQUE

Par ANDRZEJ MURASIK

(1)

^{et GEORGES}

ROULT,

Centre d’Études Nucléaires de Grenoble..

Résumé. ^2014- Mn2FeO4 ^{est un} spinelle ^à déformation quadratique appartenant ^au groupe d’espace D194h 2014 I41/amd ^{avec un} rapport c/a égal ^à 1,06 rapporté ^{à une} maille à faces centrées. Les deux

paramètres ^de l’oxgène y ⁼ 0,025, z ⁼ 0,259 ^{et le} degré d’inversion 0394 ⁼ 0,1 ^{ont été déterminés}

à partir des valeurs des réflexions d’indice élevés du diagramme de neutrons fait à la température

ambiante.

Toutes les raies des diagrammes de neutrons réalisés à 300 oK et 4,2° s’indexent dans la maille

chimique. En l’absence de raies de surstructure les intensités magnétiques ^{ont été} calculées suivant

un modèle de Néel avec un arrangement ferrimagnétique ^des spins ^{SA et} SB ^{dans le} plan ^{de base.}

Les valeurs de 0,3 03BCB et 2,7 03BCB ont été déduites pour les ^moments résultants à 300 oK et 4,2 ^oK.

Abstract. ²⁰¹⁴ Mn2FeO4 ^{is a} tetragonally ^distorted spinel belonging ^to the space group

D194h 2014 I41/amd ^{with a} cla ^{ratio of about 1.06} (referred ^{to a face centred unit} cell).

The two oxygen parameters y ^{= 0.025, z =} 0.259 and the degree of inversion 0394 ⁼ 0.1 were

determined on the basis of room temperature ^neutron diffraction powder patterns, ^at higher angles.

Neutron diffraction patterns ^{obtained at 300 oK as well as at 4.2 oK can be} indexed in the chemical cell. In the absence of any evidence ^{for a} superstructure ^the magnetic intensities were calcu- lated on the basis of Néel’s scheme with ferrimagnetic ordering ^of SA ^and SB spins ^{in the basal} plane.

The value of 0.3 _03BCB and 2.7 _03BCB have been deduced for the resultant moments at 300 °K and 4.2 oK

respectively.

PHYSIQUE 25, 1964,

1. Introduction. ^- Le

composé ferrimagnétique MU2Fe04

cristallise dans le

système quadratique (groupe d’espace I41 farnd).

^Il

s’agit

^d’un

composé

du type

spinelle

^{dont la maille} présente ^{une défor-}

mation

quadratique

^{avec un} rapport c/a =

1,06.

DISPOSITIONS DES ATOMES DANS LA MAILLE. ^-

Pour

placer

les cations on

dispose

^des quatre

sites A :

et des huit sites B :

Le paquetage compact ^{des atomes}

d’oxygène

^est

réalisé dans les

positions :

°

Le site A est entouré de quatre ^atomes

d’oxygène

situés sur les sommets d’un tétraèdre, tandis que le site B a un voisinage ^constitué par ^{six atomes}

d’oxygène placés

^{sur les sommets d’un octaèdre.}

(1) ^{Institut Badan} Jadrowych, ^swierk, Pologne.

Bouriser de l’Agence Internationale à l’Energie ^Atomi- que ^{de Vienne.}

Ce

composé possède

^des

propriétés

permettant ^de

supposer ^une

configuration

^non colinéaire. D’abord,

les mesures de l’aimantation à saturation effectuées par Eschenfelder [2] ^{donnent un moment résultant}

anormalement

petit,

de l’ordre de

2,1

^-

2,2

p~B.

Ensuite la courbe de l’aimantation

spontanée

^en

fonction de la température réalisée dans

Mnl,85, [3]

^{a montré un}

point

^de discontinuité à la

température

d’environ 170 ~K

qui pouvait

être inter-

prété

^{comme un}

point

de transition. Enfin, ^remar-

quons que la

présence

^{de la} déformation

quadra- tique

^{était une} circonstance favorable _pour l’exis- tence d’une

configuration

^non colinéaire

[4].

L’étude

neutronique s’imposait

^{donc. Pour des}

besoins de la diffraction

neutronique,

l’échantillon de manganite ^{de ter}

(environ

¹⁰⁰

g)

^{a été}

préparé

par la méthode habituelle c’est-à-dire par chauf-

fage

^de

Mn,O,

^{et FeO} intimement

mélangés.

L’analyse chimique

^{de ce}

composé

^{donne :}

Fel,0041

0~. ^Les paramètres de la maille a ⁼ 8,34

Â;

c ⁼ 8,88 À ^{ont été} déterminés aux rayons X. Les

mesures

neutroniques

^{ont été} effectuées au diffrac- tomètre à neutrons du C. E. N. G. Un système ^à

moniteur automatisé assure une

indépendance

^des

fluctuations de la

puissance

^{de la}

pile,

^{et une} repro- ductibilité satisfaisante des mesures d’intensité.

Les intensités de diffraction ont été

enregistrées automatiquement,

point par

point,

^{avec des inter-}

valles

angulaires A 0-

^de 3’. Comme monochroma- teur, ^{on utilise un} monocristal de cuivre donnant des neutrons de

longueur

^{d’onde À =}

1,198

^Á.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01964002505052200

523 II. Structure nucléaire. ^-- Les deux

paramètres

de l’oxygène ^{et le} paramètre ^de

degré

d’inversion du manganite ^{ont été calculés à} partir ^{d’un dia-}

gramme

préliminaire

^{fait sans} cryostat ^{à la}

tempé-

rature ambiante en utilisant la

région

^des

grands angles.

^La température ^de Curie relativement

petite (environ

^{140 OC) et la}

dépendance angulaire

habituellement forte des facteurs de forme magné-

tique f , permettaient

^de supposer que la contri- bution

magnétique

^{dans cette}

région

^est

négligeable

Nous avons constaté que le

manganite

^{de fer est}

plutôt "

normal "

qu’ " inverse ".

^En

adoptant

pour valeur du

paramètre

d’inversion

pour les

paramètres d’oxygène

^{nous avons obtenu}

un accord satisfaisant

(R

⁼

0,05).

Pour minimiser l’influence de corrections géomé-

triques

^{et de vibration}

thermique,

nous avons tou-

jours comparé

^le rapport d’intensités calculées et observées _{pour des} raies voisines.

La correction de vibration

thermique

^{a été cal-}

culée en se basant sur l’ensemble des raies

(y compris

leurs contributions

magnétiques).

^On

trouve : B ⁼

0,49.

TABLEAU 1

PARAMÈTRES DE LA STRUCTURE NUCLEAIRE ^DE Mn2FeO4

III. Structure

magnétique. -

^Les

figures

^{1 et 2} représentent ^les

diagrammes

^{aux neutrons de}

lVIn2FeO 4

^{avec le} cryostat,

respectivement

^{à l’am-}

biante et à la

température

^{de l’hélium}

liquide.

^Les

réflexions dues au cryostat ^{de laiton sont}

désignées

par L.

Contre toute attente, ^nous retrouvons dans le

diagramme

^à

4,2

OK, les mêmes raies

qu’à

^l’am-

biante sans déformation réticulaire apparente (2).

Donc en l’absence de raies

nouvelles,

^{les intensités}

magnétiques

^{ont été calculées en taisant}

l’hypo-

thèse d’un modèle de Néel. Pour les sites

A,

^on

(2) ^{Sur le} diagramme différence, ^on constate une faible raie dans la position (002) ^{mais son} origine est discutable du fait d’une grande ^{erreur de mesure résultant de la} pré-

sence de (220) ^du Mn2FeO(

et §

₍₃₁₁₎ du laiton.

’ ’

TABLEAU II Intensités calculées et observées.

Les intensités de raies ont été calculées selon :

où : Fmag ^sont respectivement ^{les facteurs} de structure nucléaire et magnétique, p la multiplicité ^de plans, ^{X la} longueur d’onde du neutron ⁼ 1,198 A.

(D représente l’angle ^{entre l’axe c et} la direction du spin (dans notre cas 0 ⁼ ~-/2), B, ^la correction de vibration

thermique (à ^la température ambiante B ⁼ 0,49, ^à la

température ^{de l’hélium} liquide B ⁼ 0).

(1) ^{Estimée en se basant sur le} diagramme ^{à la} tempé-

rature ambiante sans cryostat.

(2 ) ^{Estimée en se basant sur le} diagramme différence.

(3) ^Non corrigé pour la contribution de la

raie -

2⁽³¹¹⁾ du laiton.

(4) Coincidence avec la raie (111) ^{du laiton.}

utilise le facteur de lorme

magnétique f ,

^de

tandis que pour les sites B

(en

^{l’absence de facteur}

de forme

publié pour l£In3 + )

nous avons

adopté

^une

courbe de

f (Fe3+) légèrement

^modifiée.

En supposant ^les

spins

^{situés dans le}

plan

x, y

FIG. 1. Diagramme neutrons, température

FIG. 2. ^- Diagramme ^neutrons, température à l’hélium liquide.

Les raies des neutrons sont marquées par la ^{lettre L.}

525 et en

adoptant

^les valeurs suivantes _pour les

spins

des sous-réseaux A et B

respectivement :

Nous avons obtenu les résultats résumés dans le tableau II.

Malgré

^la

précision

^{assez faible de} la détermi- nation expérimentale des intensités des raies

(004)

et

(220)

(à ^{cause de la}

superposition

^{des raies du} laiton) ^{l’accord est} bon, ^{car le} facteur de c onfiance :

est

égal

^à 0,04 pour T ⁼

4,2

^{oK et}

0,06

pour T ⁼ 300 OK. Les moments résultants calculés

(dans l’hypothèse

^de

spin

seul), ^selon la formule mj =

12mB

^-

MAI,

^sont

égaux

^à

0,3 [LB ± 0,4 [LE à la température ^{300 oR} et,

2,4 ~B + 0~3 ~B à la température 4,2 ^oK.

IV. Discussion des résultats. ^- Il est évident que l’absence d’un arrangement ^non colinéaire est due au manque d’ordre ^sur le sous-réseau B.

Nlalgré

tout, ^{il est}

permis

^de penser

qu’il

^{existe un ordre}

non colinéaire à courte distance, inobservable expé- rimentalement ; ^cela

expliquerait

^{la réduction du}

moment résultant.

Si, ^d’autre part, ^nous supposons

qu’au point

^de

vue

macroscopique,

les interactions JAB ^et 5aB sont

comparables,

^nous pouvons ^nous attendre à des fluctuations des interactions JBB et IAB comme

conséquence

^de la distribution

statistique

^{des ions}

Mn et Fe dans le réseau B. Dans les

régions

^où

l’interaction JBB est

prédominante

^{vis-à-vis de} JAB,

le

couplage antif erromagnétique

^sera

plus

^favo-

rable et

expliquerait

^{le faible moment du réseau B.}

Notons enfin, que la méthode des

poudres

^ne permet pas de déterminer la direction des

spins

dans le

plan Oxy.

Cette incertitude pourra ^être levée si l’on utilise un monocristal.

Remerciements. ^- Nous remercions vivement M. le Professeur Bertaut d’avoir bien voulu nous

conseiller durant toute l’étude

poursuivie.

BIBLIOGRAPHIE [1] ^Tables Internationales de Cristallographie, Kynoch

Press, 1952, ^vol. 1, ^246.

[2] ESCHENFELDER (A. H.), ^J. Appl. Physics, 1958, 29, ^378.

[3] ^ENNMEYER (J.O.), ^J. Appl. Physics, 1961, 32, ⁵⁹⁵ (suppl.).

[4] ^ANDERSON (P. W.), Phys. Rev., 1956,102, 1008.