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Submitted on 1 Jan 1974
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IMPLANTATIONS DANS LES ALLIAGES DILUÉS
Angélique Benoit, J. Flouquet, J. Sanchez
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Angélique Benoit, J. Flouquet, J. Sanchez. IMPLANTATIONS DANS LES ALLIAGES DILUÉS.
Journal de Physique Colloques, 1974, 35 (C1), pp.C1-17-C1-18. �10.1051/jphyscol:1974107�. �jpa- 00215482�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque Cl, supplément a11 no 1, Tome 35, Janvier 1974, page CI-1 7
IMPLANTATIONS DANS LES ALLIAGES DILUÉS
A. BENOIT, J. F L O U Q U E T et J. S A N C H E Z
Laboratoire d e Physique des Solides, Bâtiment 510, 91-Orsay, France
Résumé. - Les expériences d'orientation nucléaire (i) sur des échantillons d'A~l75~169Yb fondus ou implantés (ii) sur des monocristaux de implantés montrent clairement que l'effet des défauts est important dans les échantillons implantés quelle que soit la solubilité de l'impunité.
Abstract. - Nuclear orientation experiments on (i) implanted and melted samples of Au175.169Yb and on (ii) implanted single crystals of Mg137mCe show clearly that the effects of the defects are important for the implanted sample whatever the solubility of the in~punity.
1 . Introduction. - L'utilisation ces dernières années 3. L'AuYb. Ecart entre l'échantillon fondu et d'un séparateur d'isotope pour implanter les ions implante.- La figure 1 qui représente, dans un schéma offre la ressource de préparer des alliages difficiles à réduit de champ hyperfin effectif, la variation du réaliser p a r une métallurgie classique : un grand couplage hyperfin moyen en fonction d u champ nombre d'impuretés de terre rare dans les matrices
de fer et d e nickel a été ainsi étudié [Il, [2], [3]. Nous voulons décrire ici des expériences faites sur desalliages dilués implantés d e terre rare de Ce et d'Yb dans des matrices de métaux non magnétiques. Pour le cérium, l'intérêt majeur est de préparer des alliages malgré sa faible solubilité [4] et son oxydation rapide ; pour l'ytterbium, par contre, comme sa solubilité est grande [4], s'offre la possibilité de comparer directe- ment un écliantillon implantéet un échantillon implanté et fondu. Les expériences réalisées vont concerner des alliages Au13'"' Ce, Ag137mCe, A U ' ~ ' ~ ~ " Y ~ polycristallins e l d e s a ~ l i a ~ e ~ ~ ~ ' ~ ~ " ' C e ~ o n o c r i s t a l - lins. Nous insistons d'abord s u r l e s conditions expéri-
mentales et dégageons ensuite l'importance des défauts produits lors de l'implantation.
2. Expérience. - Les ions d'ytterbiuin ou de cérium sont injectés dans la matrice iiiétallique à l'aide d'un séparateur d'isotope muni d'une post-accélération de 80 keV. Les profondeurs de pénétration sont typi- queinent de 150 A, les concentrations locales d'envi- ron 10 ppm pour le '""'Ce, 300 ppm pour l3""b et l'16'Yb. Après in-iplantatioti, les alliages ainsi préparés sont montés directement dans un cryostat h désaimantation adiabatique et étudiés par orientation nucléaire. Les rayoiineinents observés sont ceux de 255 keV pour Ic ' "'"Ce, 198 keV pour 1'' "'Yb, 283 keV pour 1"75Yb. Dans l e c a s de I'AuYb. une partie des alliages implantés ont été f o n d u s a u foui- H F dans le but initial d'obtenir ilne plus grande dilution. Nous allons voir tout d'abord qii'eii fait une très forte différence a été observée entre 1'écli:intillon uniquement implanté (6) et I'éclin~ltillon iinplant6 et I.ondu ( ( 1 ) .
Fic. 1. - Représentation d u champ hyperfin effectif de 169Yb
et 175Yb dans Au en fonction de H pour les échantillons seu- lement implantés (0) puis fondus après inlplantation ( ( 1 ) .
appliqué à température constante, montre que I'échan- tillon implanté (6) présente une très forte atténuation par rapport à l'échantillon fondu, supposé lui idéal puisque proche de la situation d'une iinpui-eté isolée en interaction seulement avec les électrons de conduc- tion et le cliainp cristallin cubique produit par les ioiis d'or. Une liypotlii.se simplifiée qui admet, que seule une fraction J'des impuretés ( h ) subit un aligne- ment identicliic r'i celui dcs impui-et6s de I'écliaiitilloii fondu, semble justiliée car les deux coiirhcs de ch:imp hyperfin ellèctif ont un comportement en ch:imp ~ i s s e ~ ideiitiqiie : 1:i fr:iction J'oiiisi déduite, voisiiie cle 0.35 sur toute ILI ~:iinnie de cIi:iinp utiiiscc. est proclic dc
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1974107
Ci-18 A. BENOIT, J. FLOUQUET ET J . SANCHEZ la portion, déterminée par Bernas et al. [5] en micro-
scopie électronique, où les impuretés sont éloignées des défauts.
Le résultat le plus marquant est que l'idée [6], couramment admise que l'implantation conduit à des alliages pratiquement idéaux si on ne s'écarte pas trop des règles de solubilité, est erronée tout au moins pour l'Yb dans I'or puisque sa solubilité y atteint 7 %.
La dynamique des défauts (mobilité-interaction avec les impuretés) joue un rôle essentiel (A. Benoit et al. 171).
4. L9AuCe. L'AgCe. - Nous avons déjà indiqué que, p a = ~ le cérium dans I'or et l'argent se trouve dans un état de champ cristallin T7 avec un très faible couplage résonnant avec les électrons de conduction (température de Kondo TK G I O m K [SI).
Comme cette conclusion s'est trouvée confirmée par les mesures récentes de susceptibilité [9] et de résis- tivité [IO] faites sur des alliages préparés classiquement, on aurait tendance à admettre que les défauts jouent ici un rôle mineur.
En fait la différence majeure avec le cas précédent de ~ ' A u ' ~ ~ , ' ~ ~ Y ~ semble plutôt provenir d'une part de l a m o i n s grande sensibilité intrinsèque du noyau de '37"'Ce aux défauts (notamment son plus faible moment quadrupolaire) d'autre part aussi son moins grand mélange résonnant k. f [8]. L'expérience réalisée
(*) Les moments nucléaires respectifs choisis du 169 et du 175 sont 0,61 et 0,58 pn. Un facteur d'atténuation supplémentaire de 0,42 a été décelé pour l'169Yb, il provient d'effets de réorientation sur les niveaux intermédiaires de 33 ns et 660 ns du 16YTm (A. Benoit et al. (7)).
[ l ] STONE, N. J., in Hyperfine b~tet~actioti and excired Nl~clei (Gordon and Breach) editd by G . Goldring, R. Kalish (1971).
[2] SPANJAARD, D., FOX, R. A., MARSH, J. D., STONE, N. J . , in Hyperfine Interactions and excited Nuclei edited by G . Goldring, R. Kalish 113 (1971).
SPANJAARD, D., Thèse, Orsay (1971).
[3] RUAULT, M. O., JOUFFREY, B., CHAUMONT, J . et BERNAS, H., Conférence implantation. Société Française de Physique, Vittel 1973, J. Physique 34 (1973) Suppl. au no 11-12, C5-21.
BERNAS, H., Thèses Orsay (1972).
[4] RIDER, P. E., GSCHNEIDNER, K. A., MAC MASTERS, J. R.
and 0. D.. Trans. AIME 233 (1965) 1488.
sur des alliages MgCe monocristallin va montrer que dès qu'on opère sur une matrice dont la symétrie est sensible aux défauts, il devient aussi impossible d'interpréter les résultats expérimentaux dans le schéma simple d'un ion Ce trivalent décrit par un modèle ionique et soumis au champ cristallin axial de la matrice.
5 . Le MgCe monocristallin. - Si l'implantation
d'ion cérium dans des monocristaux de magnésium a bien montré qualitativement une forte anisotropie du tenseur hyperfin A en accord avec le changement prévue pour un état fondamental 1 4
+ >, i l s'est avéré impossible d'observer, comme champ hyperfin effectif à saturation suivant la direction perpendicu- laire à l'axe C de l'hexagone ~ t ( s a t ) , la valeur de 1 200 kOe prévue théoriquement [SI, [ l 11, les valeurs Hn(sat) et ~ k ( s a t ) mesurées étant
Cette atténuation est à attribuer aux défauts car l'effet éventuel d'un fort couplage k-j'est exclue comme l'ont montré Hedgcock et al. [II].
Ainsi quelle que soit la sblubilitédeI'ion,l'importance des défauts est marquée dans les alliages implantés si la sensibilité de la mesure est suffisante. Sur ce dernier point, il faut remarquer que la situation des ions implantés dans les matrices ferromagnétiques de nickel et de fer est moins dramatique car le fort champ moléculaire Hm rend beaucoup moins sensible l'impu- reté aux variations électrostatiques, notamment de paramètres de champ cristallin.
[5] BERNAS, H., RUAULT, M. O . , JOUFFREY, B., P1zj.s. Rev. L m . 27 (1971) 859.
[6] DE WAARU, H., Prut. IAEA Confirc~tzce 0 1 1 Mossbauer Efict ntld i f s applicntions 123 (1972).
[7] BENOIT, A., FLOUQUET, J., SANCHEZ, J . , Pllys. Rev. à paraître.
[8] FLOUQUET, J., Phys. Rev. Lett. 27 (1971) 515.
FLOUQUET, J., Atrnls de P l ~ y s . , à paraître.
[9] CORNUT, B., communication privée.
[10] MURANI, A. P., Solid. State Conztnirn. 12 (1973) 295.
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1121 HEDGCOCK, F. T., PETRIE, B., Can. J. Plzys. 48 (1970) 1283.
