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Propriétés magnétiques et relaxation magnétique nucléaire de Be9 dans des composés intermétalliques de terres rares: GdBe13, TbBe13 et DyBe13
Solid State Communications,
Vol. 13, pp. 197—199, 1973.
Pergamon Press.
Printed in Great Britain
PROPRIETES MAGNETIQUES ET RELAXATION MAGNETIQUE NUCLEAIRE DE Be9 DANS DES COMPOSES INTERMETALLIQUES DE TERRES RARES: GdBe 13, ThBe13 et DyBe13 S. Domngang et A. Herr Laboratoire Pierre Weiss, Institut de Physique, Universitd Louis Pasteur, Strasbourg, France (Received 17 April 1973 by E.F. Bertaut)
Nous avons effectuC des mesures de temps de relaxation spin—réseau, de susceptibiites et de moments magnétiques des composes intermdtalliques GdBe13, TbBe13 et DyBe13. L’interaction dipolaire entre le moment nucléaire et le moment paramagnCtique des ions terres rares permet d’analyser le taux de relaxation. Tous les composes sont antiferromagnétiques a basse temperature et suivent une loi de type Curie—Weiss a haute temperature. Les moments effectifs sont comparables aux moments des ions libres. 7 respectivement L’ETUDE desCr, composes intermétalliques type XBe par 13, RMN X = V, Mn, Fe et XBe,4 X = Co, de Ni, 2 Cu, nous a montré que pour ceux qui sont caractérisés par une susceptibiitié magnétique constante, I’interaction entre le spin nucléaire et les electrons de conduction était le mécanisme prépondérant de relaxation spinréseau. Le temps beryllium bien qu’inferieur a celuidedurelaxation berylliumdumetallique5 reste grand par rapport aux temps de relaxation T 1 que l’on rencontre généralement les métaux; T1 croitquand la temperature decroit, ledans produit T 6 1 T restant con~ stant (mécanisme de Korringa). Dans les composes intermétalliques de terres rares T.R.Be 13 l’interaction entre l’ion magnCtique 9) affecte consideret le noyau non magnetique (Be ablement le temps de relaxation spin—réseau de ce dernier. II devient de l’ordre de quelques milhisecondes a temperature ambiante et de plus décroit avec la temperature. ,
Les alliages ont été préparés dans des creusets en BeO par fusion des éléments massifs en atmosphere d’argon très pur dans un four ~ induction. La beryllium et les terres rares utiisés sont de pureté 99,9%. Les alliages ont subi un recuit de 48 hr sous vide a 750°C.Leur analyse par diffraction de rayons x indique qu’ils cristahlisent dans la structure cubique f.c. de type NaZn 13 avec des paramètres de réseau (a)
de 10,280A, pour GdBe 10, 254 et 10,239A 13, TbBe13 et DyBe13. Les temps de relaxation sont mesurés par la méthode des echos de spin avec un spectromètre a frequence fixe (15 MHz). La constante de temps du 5p sec), signalavons de precession étant(90°-t-90°-r-180°). trop faible (< nous utiisé la libre sequence Le déplacement de Knight a été mesuré a 293°Kpar la 2’3 A 77°Kl’élargissement conméthode habituelle. sidérable de la raie inhomogène ment de l’amplitude de l’écho enobtenue fonctionparduenregistre. champ ne permet pas de mesurer le déplacement de Knight avec une bonrie precision. La susceptibiité magnétique ~(T) au-dessus du point de Ned TN suit pour les trois échantillons une Ioi du type Curie—Weiss8: ~(T)
=
~
(1)
oü T designe Ia temperature absolue, O~(>0) la ternpérature de Curie paramagnetique obtenue par extrapolation Ct Cla constante de Curie. Cette susceptibiite représente la somme des contributions des electrons (4f), xf(T) et du terme d’echange 197
x8,(T). Experimentalement, il est diffidile
PROPRIETES MAGNETIQUES ET RELAXATION MAGNETIQUE NUCLEAIRE DE Be9 Vol. 13, No. 2
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de distinguer entre les deux, étant donnee leur méme dépendance en temperature. L’écart entre le moment
L~~_\+
1 T 1
effectif et le moment de l’ion libre permet cependant d’estimerl’importance de x8f(T). La temperature de Curie paramagnétique (Or) et la temperature de Néel (TN) décroissent de GdBe13 a DyBe13 alors que le d’aimantation moment effectif et le moment déduit des mesures a basse temperature8 croissent. (Tableau 1).
Tableau 1. Fropriétés magnétiques. TN temperature de Néel; O~temperature de Curie paramagnétique extrapolée en (°K);M moment per atome de terre rare déduit des mesures d ‘aimantation a basse temperature en magnéron de Bohr; p.~moment effectif en magnéton 3~) de Bohr; d’après M’ moment la ,éference de l’ion 9 en libre magnéton (Gd~,Th~,Dy de Bohr TN
____
0~,
M
lIeU
M’(T.R.3~)
=
~T1) K
(2) \T11 ~
(l/Tl)K est Ia contribution du terme de Korringa au taux de relaxation. (lIT1), résulte soit l’interaction dipolaire 9) etdeles fluctuations de spin entre le spin nucléaire (Be electronique,12 soit de l’interaction d’échange mdirecte entre le spin nucleaire et les électronsflocalises des ions terres rares via les electrons de conduction,’3”4 soit des deux interactions. Si l’on considère que (T1)K est de l’ordre de la seconde, (lIT 1 )K est négligeable devant (1 /T1)f et T1 (~‘i) ~.
Le calcul du taux de relaxation dans le cas d’une interaction dipolaire directe9 donne 1
4’J2Y~PeffTc
GdBe 13
19°
35°6,97 450~5*
ThBe13 DyBe13 *
14° 9°
14° 1°
7,82 7,87*
9,0 9,7 9,9 10,5
7,94
9,72 10,64
Valeurs données par F. Borsa et a!. 10
A 293°K,Ie déplacement de Knight sur le beryllium est postif pour les trois échantillons. LI est de ~,ü4, 0,08 et 0,15 per cent respectivement pour GdBe13, TbBe13 et DyBe13. II est dO ala polansation des electrons de conduction par les moments localisés (4f). Les valeurs de T1 sont iO~a iO~fois plus faibles que pour le beryllium métallique. Lecontraste temps deavec relaxation croit avec Ia et temperature, ce qui le cas du beryllium des dibérylliures pour lesquels T1 décroit quand Ia tem~ pérature cr0it. Le produit T 1 T vane avec la temperature, les berylliures de terres rares ne suivent pas la relation de Korringa. La comportement du temps de relaxation dans l’état paramagnetique s’analyse qualitativement par la relation t1 suivante~
T1
=
3r0
(3)
lIeU est le moment effectif de l’ion terre rare dans le
compose, r0 la distance entre le beryllium et les ions plus proches voisins; dans ces conposés, chaque bérylliure voisins r~ terre-rare situésdea la distance r0a =deux 0,29proches a. La facteur est le temps correlation des ‘flip’ des moments. En effet, dans I’état paramagnétique chaque moment change d’orientation ala vitesse w~donnée par ~c~Irc-~KBTc.
(4)
En prenant pour T1 les valeurs de temps de relaxation a temperature ambiante (293°K),on trouve des valeurs de r~raisonnables (Tableau 2.) Las valeurs de Ia constante d’~changeJ/K sont portees sur le même tableau. 9Be Tableau 2. Temps de relaxation spin—réseau de T 1, D, en (msec); T1T en (s°K);w~en radsec’;JfK en (°K);T en °K 2J/K 0 D T T1 TiTw~X10~ 293 3,2 0.94 1,12 1,86 45 3,8 GdBe13 162 2,6 0.42 77 1,6 0.12 293 1,3 0,38 0,72 1,57 29 1,4 ThBeI3 194 1,2 0,25 77 0,95 0,07 293 0,90 0,26 0,59 1,98 30 1 DyBe 13 225 0,85 0,21 77 0,70 0,05
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Le produit T
1 T obéit pour les trois échantillons a
Ia relation T1 T = D(T 0) (5) avec des valeurs de D et de 0 données sur le Tableau 2. Si on considère D comme Ia valeur de T 1 quand Ia temperature tend vers l’infini D ~ T1~,,les valeurs
trouvées pour D indiquent qu’au dessus de 293°K,T1 ne vane plus beaucoup. Las valeurs de 0 sont plus grandes que celles de TN et 0~.La relation (5), valable dans le cas des alliages ferromagnetiques a basselestem15 pour perature,devenant m’est qu’une approximation I basse alliages antiferromagnetiques temperature.
REFERENCES 1.
DOMNGANG S., JESSER R., SCHWALLER R. et WUCHER J.,J. Phys. Suppi. au No. 2—3 32, Cl .72 (1971).
2.
DOMNGANG S., JESSUP R. et SCHWALLER R., Solid State Commun. 11,623(1972).
3. 4.
DOMNGANG S.,Phys. Status Solidi (b) 54, 303 (1972). DOMNGANG S., C.R. hebd. Séanc. Acad. Sd. Paris au paraitré.
5.
BARNAAL D.E., BARNES R.G. et MCCART B.R., Phys. Rev. 157, 510(1966).
6.
KORRINGA J., Physica 16, 601 (1950).
7.
PEARSON W.B., A Handbook ofLattice Spacing and Structure of Metals and Alloy, Vol. 1, Pergamon Press, Oxfc
8.
HERR A., a paraitre.
9.
BUSCH G.,J. app!. Phys., 38, 1386 (1967).
a paraitre.
10.
BORSA F., OLCESE G. et SILBERNAGEL G.R., 1 7e Colloque Ampere,
11.
SILBERNAGEL G.R., JACCARINO V.. PINCUS P. et WERNICK J.H.,Phys. Rev. Lett. 20, 1091 (1968).
12.
MORIYA T.,Progr. Theor. Phys. (Kvoto), 16, 23 (1956).
13.
RUDERMANN M.A. et KITTEL C.,Phvs. Rev., 96,99(1954).
14.
YOSIDA K.,Phys. Rev., 106, 893 (1957).
15.
KUZNIETZ M. et BASKIN Y.,Phys. Rev., 187, 737 (1969). 9 nuclear magnetic relaxation, magnetic susceptibilities and magnetic Be moments measurements of intermetallic compounds GdBe 13, TbBe13 and DyBe13 have been performed. The relaxation rate is mainly due to a dipolar interaction between the nuclear moments and the paramagnetic ions moments. Antiferromagnetic ordering was observed for all compounds. Curie—Weiss behaviour was observed at high temperature. The effective moments are comparable to that expected from the three positive ions.
Vol. 13, pp. 197—199, 1973.
Pergamon Press.
Printed in Great Britain
PROPRIETES MAGNETIQUES ET RELAXATION MAGNETIQUE NUCLEAIRE DE Be9 DANS DES COMPOSES INTERMETALLIQUES DE TERRES RARES: GdBe 13, ThBe13 et DyBe13 S. Domngang et A. Herr Laboratoire Pierre Weiss, Institut de Physique, Universitd Louis Pasteur, Strasbourg, France (Received 17 April 1973 by E.F. Bertaut)
Nous avons effectuC des mesures de temps de relaxation spin—réseau, de susceptibiites et de moments magnétiques des composes intermdtalliques GdBe13, TbBe13 et DyBe13. L’interaction dipolaire entre le moment nucléaire et le moment paramagnCtique des ions terres rares permet d’analyser le taux de relaxation. Tous les composes sont antiferromagnétiques a basse temperature et suivent une loi de type Curie—Weiss a haute temperature. Les moments effectifs sont comparables aux moments des ions libres. 7 respectivement L’ETUDE desCr, composes intermétalliques type XBe par 13, RMN X = V, Mn, Fe et XBe,4 X = Co, de Ni, 2 Cu, nous a montré que pour ceux qui sont caractérisés par une susceptibiitié magnétique constante, I’interaction entre le spin nucléaire et les electrons de conduction était le mécanisme prépondérant de relaxation spinréseau. Le temps beryllium bien qu’inferieur a celuidedurelaxation berylliumdumetallique5 reste grand par rapport aux temps de relaxation T 1 que l’on rencontre généralement les métaux; T1 croitquand la temperature decroit, ledans produit T 6 1 T restant con~ stant (mécanisme de Korringa). Dans les composes intermétalliques de terres rares T.R.Be 13 l’interaction entre l’ion magnCtique 9) affecte consideret le noyau non magnetique (Be ablement le temps de relaxation spin—réseau de ce dernier. II devient de l’ordre de quelques milhisecondes a temperature ambiante et de plus décroit avec la temperature. ,
Les alliages ont été préparés dans des creusets en BeO par fusion des éléments massifs en atmosphere d’argon très pur dans un four ~ induction. La beryllium et les terres rares utiisés sont de pureté 99,9%. Les alliages ont subi un recuit de 48 hr sous vide a 750°C.Leur analyse par diffraction de rayons x indique qu’ils cristahlisent dans la structure cubique f.c. de type NaZn 13 avec des paramètres de réseau (a)
de 10,280A, pour GdBe 10, 254 et 10,239A 13, TbBe13 et DyBe13. Les temps de relaxation sont mesurés par la méthode des echos de spin avec un spectromètre a frequence fixe (15 MHz). La constante de temps du 5p sec), signalavons de precession étant(90°-t-90°-r-180°). trop faible (< nous utiisé la libre sequence Le déplacement de Knight a été mesuré a 293°Kpar la 2’3 A 77°Kl’élargissement conméthode habituelle. sidérable de la raie inhomogène ment de l’amplitude de l’écho enobtenue fonctionparduenregistre. champ ne permet pas de mesurer le déplacement de Knight avec une bonrie precision. La susceptibiité magnétique ~(T) au-dessus du point de Ned TN suit pour les trois échantillons une Ioi du type Curie—Weiss8: ~(T)
=
~
(1)
oü T designe Ia temperature absolue, O~(>0) la ternpérature de Curie paramagnetique obtenue par extrapolation Ct Cla constante de Curie. Cette susceptibiite représente la somme des contributions des electrons (4f), xf(T) et du terme d’echange 197
x8,(T). Experimentalement, il est diffidile
PROPRIETES MAGNETIQUES ET RELAXATION MAGNETIQUE NUCLEAIRE DE Be9 Vol. 13, No. 2
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de distinguer entre les deux, étant donnee leur méme dépendance en temperature. L’écart entre le moment
L~~_\+
1 T 1
effectif et le moment de l’ion libre permet cependant d’estimerl’importance de x8f(T). La temperature de Curie paramagnétique (Or) et la temperature de Néel (TN) décroissent de GdBe13 a DyBe13 alors que le d’aimantation moment effectif et le moment déduit des mesures a basse temperature8 croissent. (Tableau 1).
Tableau 1. Fropriétés magnétiques. TN temperature de Néel; O~temperature de Curie paramagnétique extrapolée en (°K);M moment per atome de terre rare déduit des mesures d ‘aimantation a basse temperature en magnéron de Bohr; p.~moment effectif en magnéton 3~) de Bohr; d’après M’ moment la ,éference de l’ion 9 en libre magnéton (Gd~,Th~,Dy de Bohr TN
____
0~,
M
lIeU
M’(T.R.3~)
=
~T1) K
(2) \T11 ~
(l/Tl)K est Ia contribution du terme de Korringa au taux de relaxation. (lIT1), résulte soit l’interaction dipolaire 9) etdeles fluctuations de spin entre le spin nucléaire (Be electronique,12 soit de l’interaction d’échange mdirecte entre le spin nucleaire et les électronsflocalises des ions terres rares via les electrons de conduction,’3”4 soit des deux interactions. Si l’on considère que (T1)K est de l’ordre de la seconde, (lIT 1 )K est négligeable devant (1 /T1)f et T1 (~‘i) ~.
Le calcul du taux de relaxation dans le cas d’une interaction dipolaire directe9 donne 1
4’J2Y~PeffTc
GdBe 13
19°
35°6,97 450~5*
ThBe13 DyBe13 *
14° 9°
14° 1°
7,82 7,87*
9,0 9,7 9,9 10,5
7,94
9,72 10,64
Valeurs données par F. Borsa et a!. 10
A 293°K,Ie déplacement de Knight sur le beryllium est postif pour les trois échantillons. LI est de ~,ü4, 0,08 et 0,15 per cent respectivement pour GdBe13, TbBe13 et DyBe13. II est dO ala polansation des electrons de conduction par les moments localisés (4f). Les valeurs de T1 sont iO~a iO~fois plus faibles que pour le beryllium métallique. Lecontraste temps deavec relaxation croit avec Ia et temperature, ce qui le cas du beryllium des dibérylliures pour lesquels T1 décroit quand Ia tem~ pérature cr0it. Le produit T 1 T vane avec la temperature, les berylliures de terres rares ne suivent pas la relation de Korringa. La comportement du temps de relaxation dans l’état paramagnetique s’analyse qualitativement par la relation t1 suivante~
T1
=
3r0
(3)
lIeU est le moment effectif de l’ion terre rare dans le
compose, r0 la distance entre le beryllium et les ions plus proches voisins; dans ces conposés, chaque bérylliure voisins r~ terre-rare situésdea la distance r0a =deux 0,29proches a. La facteur est le temps correlation des ‘flip’ des moments. En effet, dans I’état paramagnétique chaque moment change d’orientation ala vitesse w~donnée par ~c~Irc-~KBTc.
(4)
En prenant pour T1 les valeurs de temps de relaxation a temperature ambiante (293°K),on trouve des valeurs de r~raisonnables (Tableau 2.) Las valeurs de Ia constante d’~changeJ/K sont portees sur le même tableau. 9Be Tableau 2. Temps de relaxation spin—réseau de T 1, D, en (msec); T1T en (s°K);w~en radsec’;JfK en (°K);T en °K 2J/K 0 D T T1 TiTw~X10~ 293 3,2 0.94 1,12 1,86 45 3,8 GdBe13 162 2,6 0.42 77 1,6 0.12 293 1,3 0,38 0,72 1,57 29 1,4 ThBeI3 194 1,2 0,25 77 0,95 0,07 293 0,90 0,26 0,59 1,98 30 1 DyBe 13 225 0,85 0,21 77 0,70 0,05
Vol. 13, No.2 PROPRIETES MAGNETIQUES ET RELAXATION MAGNETIQUE NUCLEAIRE DE Be9
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Le produit T
1 T obéit pour les trois échantillons a
Ia relation T1 T = D(T 0) (5) avec des valeurs de D et de 0 données sur le Tableau 2. Si on considère D comme Ia valeur de T 1 quand Ia temperature tend vers l’infini D ~ T1~,,les valeurs
trouvées pour D indiquent qu’au dessus de 293°K,T1 ne vane plus beaucoup. Las valeurs de 0 sont plus grandes que celles de TN et 0~.La relation (5), valable dans le cas des alliages ferromagnetiques a basselestem15 pour perature,devenant m’est qu’une approximation I basse alliages antiferromagnetiques temperature.
REFERENCES 1.
DOMNGANG S., JESSER R., SCHWALLER R. et WUCHER J.,J. Phys. Suppi. au No. 2—3 32, Cl .72 (1971).
2.
DOMNGANG S., JESSUP R. et SCHWALLER R., Solid State Commun. 11,623(1972).
3. 4.
DOMNGANG S.,Phys. Status Solidi (b) 54, 303 (1972). DOMNGANG S., C.R. hebd. Séanc. Acad. Sd. Paris au paraitré.
5.
BARNAAL D.E., BARNES R.G. et MCCART B.R., Phys. Rev. 157, 510(1966).
6.
KORRINGA J., Physica 16, 601 (1950).
7.
PEARSON W.B., A Handbook ofLattice Spacing and Structure of Metals and Alloy, Vol. 1, Pergamon Press, Oxfc
8.
HERR A., a paraitre.
9.
BUSCH G.,J. app!. Phys., 38, 1386 (1967).
a paraitre.
10.
BORSA F., OLCESE G. et SILBERNAGEL G.R., 1 7e Colloque Ampere,
11.
SILBERNAGEL G.R., JACCARINO V.. PINCUS P. et WERNICK J.H.,Phys. Rev. Lett. 20, 1091 (1968).
12.
MORIYA T.,Progr. Theor. Phys. (Kvoto), 16, 23 (1956).
13.
RUDERMANN M.A. et KITTEL C.,Phvs. Rev., 96,99(1954).
14.
YOSIDA K.,Phys. Rev., 106, 893 (1957).
15.
KUZNIETZ M. et BASKIN Y.,Phys. Rev., 187, 737 (1969). 9 nuclear magnetic relaxation, magnetic susceptibilities and magnetic Be moments measurements of intermetallic compounds GdBe 13, TbBe13 and DyBe13 have been performed. The relaxation rate is mainly due to a dipolar interaction between the nuclear moments and the paramagnetic ions moments. Antiferromagnetic ordering was observed for all compounds. Curie—Weiss behaviour was observed at high temperature. The effective moments are comparable to that expected from the three positive ions.