HAL Id: jpa-00218806
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Submitted on 1 Jan 1979
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Magnetic inelastic scattering in uranium nitride
T. Holden, E. Svensson, W. Buyers, G. Lander
To cite this version:
T. Holden, E. Svensson, W. Buyers, G. Lander. Magnetic inelastic scattering in uranium nitride.
Journal de Physique Colloques, 1979, 40 (C4), pp.C4-31-C4-31. �10.1051/jphyscol:1979410�. �jpa-
00218806�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C4, suppltfment au no 4, Tome 40, avril 1979, page C4-31
Magnetic inelastic scattering in uranium nitride
T. M. Holden, E. C. Svensson, W. J. L. Buyers and G. H. Lander (*) Atomic Energy of Canada Limited, Chalk River, Ontario, Canada
(*) Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois, U.S.A.
RCsumC. - De tous les pnictures d'uranium de structure cubique, le nitrure d'uranium possbde la plus petite distance U-U, le plus faible moment magnktique (0,75 pB) et la plus basse tempBrature de Ntel
(TN = 49,6 f 0,3 K).
I1 est intkressant de connaitre la nature des spectres d'excitation de UN pour la comprBhension de la structure tlectronique de l'ion uranium comme des ions actinides en gknBral. Des questions telles que le caractbre localist des Blectrons 5f dans les pnictures m6talliques sont encore sans rBponse. Nous presentons des mesures de diffusion inklastique des neutrons, effectukes B 4,2 K sur un monocristal de UN ; la diffusion magnktique est d'intensitt faible et diffbre en symBtrie et nature des ondes de spin des composBs 4f (Btroites, B basse vitesse et principalement transverses). La rBponse magnktique au point (110) du rtseau r6ciproque prBsente une large distribution (FWHM = 5 k 1 THz) centrte B 4,2 f 0,s THz. Des balayages B transfert de frkquence fix6 pour des valeurs de v comprises entre 2,5 et 8,O THz conduisent B un pic unique centre sur le point (1 10).
Les rBsultats indiquent que UN possbde une branche d'excitations B forte montte et avec un gap d'anisotropie.
Des mesures pres de (330) oh le facteur de forme est moitit de celui 8 (1 10) confiiment le caractbre magnttique de la diffusion. La symBtrie de la rBponse magnttique est essentiellement longitudinale. On a observk I'intensitB 1B oh une digfusion transverse Btait attendue, c.-2-d. prbs de (OlO), mais la diffusion Btait un peu plus Btroite en frkquence et plus faible qu'en (1 10) de plus d'un facteur 2. La composante transverse B (110) est en consBquence infkrieure au quart de la r6ponse observ6e. L'effet, sur la diffusion prbs de (110), de relever la tempkrature jusqu'h 0,s TN est d'augmenter fortement la rkponse basse frkquence (par un facteur de 4 B v = 1,s THz), ce qui conduit B une large distribution de la diffusion inhlastique centr6e B v = 0. Aux hautes frtquences cette distribution prtsente une forme similaire B la partie haute frCquence de la distribution B 4,2 K.
Les rksultats fournissent la premiere Cvidence expkrimentale directe d'excitations de spin longitudinales et de grande vitesse dans des composBs ordonnts d'actinide, avec des cons6quences importantes pour la thtorie du magnetisme itinkrant.
Abstract. - Of the cubic uranium pnictides, uranium nitride has the smallest U-U separation, the smallest magnetic moment (0.75 pB) and the lowest NBel temperature (TN = 49.6 & 0.3 K). It is of interest to know the nature of the excitation spectrum of UN to gain an understanding of the electronic structure of the uranium ion and of actinide ions in general. Such questions as whether the Sf electrons are localized or itinerant for the metallic pnictides have not yet been answered. We report neutron inelastic scattering measurements at 4.2 K from a single crystal of UN which reveal magnetic scattering that is weak in intensity and differs in symmetry and nature from the sharp, low-velocity, largely transverse spin waves of the 4f cubic compounds. The magnetic response at the (110) magnetic reciprocal lattice point is a broad (FWHM = 5 k 1 THz) distribution of"
intensity peaked at 4.2 2 0.5 THz. Constant-frequency-transfer scans for v between 2.5 and 8.0THz show a single peak centred on the (110) point. The results indicate that UN possesses a steeply rising branch of excitations with an anisotropy gap. Measurements near (330) where the form factor is half that at (110) confirmed the magnetic character of the scattering. The symmetry of the magnetic response is primarily longitudinal. Intensity was observed where transverse scattering is anticipated, i.e. near (OlO), but the scattering was somewhat sharper in frequency and more than a factor two weaker than at (1 10). The transverse component at (1 10) is therefore less than 25 % of the observed response. The effect on the scattering near (1 10) of raising the temperature to 0.8 T N is to enhance the low-frequency response strongly (by a factor of 4 at v = 1.5 THz) so as to give a broad distribution of inelastic scattering centred on v = 0. At high frequencies this distribution is similar in form to the high-frequency part of the 4.2 K distribution. The results provide the first direct experimental evidence for high-velocity longitudinal spin excitations in ordered actinide compounds, and have important consequences for the theory of itinerant magnetism.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1979410
