Determination par diffraction des neutrons de la structure antiferromagnetique du grenat Ca3Mn2Ge3O12

Solid State Communications, Vol.9, pp. 1723—1725, 1971 Pergamon Press

Printed in Great Britain

DETERMINATION PAR DIFFRACTION DES NEUTRONS DE LA STRUCTURE ANTIFERROMAGNETIQUE DU GRENAT Ca3 Mn2 Ge 3012 R. Plumier Service de Physique du Solide et de Resonance Magnétique, Centre d’Etudes Nucléaires de Saclay, BP ‘No. 2—91, Gif-sur-Yvette, France (Reçu le 19 juillet 1971 par P.G. de Gennes)

On determine par diffraction des neutrons la structure magnétique du grenat antiferromagnCtique Ca3 Mn2 Ge3 O~ ~ avec Mn ~ en site octa~rique. La structure magnétique met en evidence I’importance d’interaction de super-superéchange du type Mn=O =0—Mn ou Mn=O Ge —O.Mn, de tels posts unissant un ion donnél ses six seconds voisins et i six de ses huit premiers voisins. —

1 ónt montré que Ic DES MESURES magnétiques grenat {Ca 3} (Mn2](0e3) ~ est un antiferromagnCtique dont in tempirature de Ned est de 13°K. Puisque dans cc compose seuls les sites octaCdriques ou sites a sont occupCs par des ions magnétiques, cc résultat révèle l’existence d’interactions antiferromagnetiques 0 ~ Des experiences de diffraction des neutrons (Fig. 1) ont etC rCcemment effectuées a i’aide du rCacteur EL.3 de Saclay sur un composé2 prCsentant les mimes caractCristiques magnCtiques. ~

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Les rCflexions magnCtiques observées sont toutes indexables dans la maille avec 4’5 chimique On constate les mimesque rCgles d’extinction. toutefois les indices (hkl) des réflexions magnCtiques satisfont non seulement è la con-

F~o 01. Spectre de Ca3 Mn2 Ge3 012 C 4,2°Ket

dition h + k + I = 2n mais encore que deux de ces indices sont systCmatiquement impairs, le troisiime Ctant pair.

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2 et pour des spins alignCs dans la direction [ioo], l’accord entre les intensitCs thCoriques et expérimentales est satisfaisant (Tableau 1)’.

La structure magnCtique compatible avec SCS observations est teprCsentCe sur la Fig. 2. Avec 1723

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1724

LA STRUCTURE ANTIFERROMAGNETIQUE DU GRENAT Ca3Mn2Ge3O12 Vol. 9, No.20 1iZ

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Structure magnétique de Ca 3Mn2Ge9 0(2. 2S2~F~2 Tableau 1. I = Jq ‘cal hkl _________________________ 110 1036 1024 112 2700 3413 310 1900 2048 312 5400 5267 330 4600 4891 114 332 2830 2420

Des interactions directes entre ions permiers et seconds voisins respectivement aux distances 5,33 A et 6,16 A paraissant exclues, on est conduit C admettre que ces ions sont couples par des interactions de super-superéchange antiferromagnétique soit du type I: Mn — 0 — 0 — Mn

(q.z.~.x)

FIG. 3. entre Schema desseconds interactions de superéchange ions voisins. doit donc s’attendre C us dCcouplage magnétique entre us ion en site octaCdrique d’avec 1/4 de ses premiers voisins. Ainsi sur la Fig. 2, les paires d’ions premiers voisins (000) et (1/4, 1/4, 1/4), (1/2, 0, 1/2) et (3/4, 1/4, 1/4), (0, 1/2, 1/2) et (1/4, 1/4, 3/4), (1/2, 1/2, 0) et (1/4, 3/4, 1/4) sont découplies. Par contre pour les paires couplées d’ions premiers voisins les interactions magnétiques s’exercent par l’intermédiaire de deux ponts de type I ou II passant chacun par deux oxygénes situés aux extrCmitCs d’une grande arête du titraèdre irrCgulier entourant Ge4~(Fig.3). Dc TN = 13°K,on tire a I’approximation du champ inolCculaire Jd 0 + J~~ 1,63°K, ou J~ etentre J ions dCsignent respectivement les interactions premiers et seconds voisins. —

soit du type II: Mn~0—Ge-—4en 0 =siteMn. Dc tels ponts unissent les ions Mn~ octaCdrique C leurs premiers et seconds voisins par l’intermédiaire de I’oxygCne (ainsi que du germanium dans le cas des interactions de type II). Un tel pont est reprCsenté sur la Fig. 3 dans cas d’interactions entre ions seconds voisins. Dans cc dernier cas, les interactions magnCtiques s’exertent par l’interinCdiaire de deux oxygenes situCs aux extrémitCs d’une petite ar&e du tétraidre irrégulier entourant Ge4~(Fig. 3). La symCtrie ponctuelle du site a dans in structure grenat (groupe I a 3d ou Q,~°) indique que des posts du type I ou II ne couplent un site a qu’C six de ses huit premiers voisins. On

Remarquons que in structure magnétique de la Fig. 2 n’est pas la seule conduisant I un bon accord avec l’expCrience. Des structures voisines teile la structure de la Fig. 4 evec len moments alignés le long de(100]ou (0101 conduisent aux mémes intensitCs et sont donc indiscernables de la structure de la Fig. 2 par des experiences de diffraction des neutrons affectuees sur une poudre. On constate toutefois que si ces deux structures conduisent aux mCmes interactions magnCtiques entre ions seconds voisins, cues ne sont pan équivalentes en cc qui concerne les interactions

Vol.9, No.20 LA STRUCTURE ANTIFERROMAGNETIQUE DU GRENAT Ca3 Mn2 Ge3012

entre ions premiers voisins empruntant des posts du type I ou II, la structure magnCtique de la Fig. 2 Ctant plus stable pour cc type d’interaction. Notons encore que les mécanismes de super-

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FIG. 4.

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superCchange de type I ou II ont etC Cgalement invoquCs dens ie cas44deenspindles site tetraCdrique.7~e~O antiferromagnCtiques avec Ge

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Remerciements Nous remercions MM. P. Mend et et J. Hamman pour de fructueuses discussions au sujet de cc probième.

V

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Autre structure magnétique.

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Le facteur de forme adopté est celui de Mn dans MnF~.La determination des ‘abs se fai~antpar normalisation avec les intensités nucléaires observées a la temperature ambiante, l’accord du Tableau I pourrait sans doute Ctre amélioré s’il était possible de tenir compte des modifications 34 en site a Cventuelles desTN. paramCtres de l’oxygène dues a un possible effet Jahn—Teller de Mn en-dessous de

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