Magnetoelastické vlastnosti intermetalických sloučenin Er(Co1-xSix)2 a Er(Co1-xGex)2

 

S. Daniš, P. Javorský*, D. Rafaja† a V. Sechovský

 

Katedra elektronových struktur, Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy, Ke Karlovu 2, 121 16 Praha 2

*Present address: European Commission, Joint Research Centre, Institute for Transuranium Elements (ITU), Postfach 2340, D-76125 Karlsruhe, Germany

†Present address: Institute of Materials Science, Darmstadt University of Technology, Petersenstr. 23, D-64287 Darmstadt, Germany

 

 

Intermetalické sloučeniny typu RECo2 krystalují v kubické soustavě s prostorovou grupou . Sloučenina ErCo2 prochází při teplotě TC=33 K magnetickým fázovým přechodem prvního druhu. Pod touto kritickou teplotou je ErCo2 ferrimagnetikem, s antiparalelní orientací magnetických momentů v místech Er a Co. Snadný směr magnetizace je <111>. Vznik magnetického uspořádání je doprovázen strukturními změnami – dochází k rombohedrické distorzi kubické krystalové mříže [1]. Magnetická měření odhalila, že magnetické vlastnosti intermetalik typu RECo2 jsou určeny typem vzácné zeminy. Příspěvek kobaltové podmříže lze v první aproximaci zanedbat [1].

            Rombohedrickou distorzi lze sledovat pomocí nízkoteplotní rtg. difrakce. V případě  práškových rtg. záznamů se přítomnost distorze projeví rozšířením a rozštěpením difrakčních linií.

            Práškové vzorky Er(Co1-xSix)2 a Er(Co1-xGex)2 byly připraveny z čistých prvků v obloukové peci. Nízkoteplotní difrakční experimenty byly provedeny na nízkoteplotní komoře na KFES MFF UK. Ta je osazena průtokovým heliovým kryostatem (Oxford Instruments CF1108T), který umožňuje měření v teplotním intervalu 4.2-300 K. Komora se vzorkem je v průběhu experimentu čerpána turbomolekulární vývěvou. Difraktované záření je detekováno plynovým polohově citlivým detektorem (Braun).

            Získané difrakční záznamy byly zpracovány programem FULLPROF [2]. Rozšíření a rozštěpení difrakčních linií bylo analyzováno programem DIFPATAN [3]. Z rozšíření/rozštěpení difrakčních linií byly určeny mřížové parametry rombické mříže, pomocí kterých lze určit koeficient magnetostrikce l111 ve směru <111> ze vztahu pro koeficient magnetostrikce kubické látky

 

,                                                       (1)

 

kde ai jsou směrové kosiny vektoru magnetizace a bi směrové kosiny směru, ve kterém je distorze pozorována.

            Na obr.1 je zobrazeno rozštěpení linie s difrakčními indexy 642 u sloučeniny Er(Co0.97Ge0.03)2 pozorované při teplotě T=10 K. Vlivem rombohedrické distorze se linie 642 kubické mříže rozštěpí na 4 linie stejné intenzity [4]. Ze zjištěných parametrů distortované mříže byl určen parametr magnetostrikce l111.

 

 


 


Obrázek 1. Rozštěpení difrakční linie 642 pozorované při teplotě T=10 K u sloučeniny Er(Co0.97Ge0.03)2. Body odpovídají experimentálním hodnotám, tenké linie příspěvkům jednotlivých rozštěpených linií a silná linie je součtem příspěvků jednotlivých linií. Hodnota koeficientu magnetostrikce    l111=-1.75×10-3.

 

 

 

Hodnoty koeficientu magnetostrikce byla diskutována v rámci tzv. single-ion modelu [5], který předpokládá, že vlastnosti  RECo2 jsou určeny iontem vzácné zeminy. V tomto modelu je hodnota parametru l111 závislá na okolí obklopující iont vzácné zeminy Er+3 [5]. „Nasycená“ hodnota parametru l111 (tj. při T=0 K) je dána vztahem [5]:

 

,                                                                                (2)

 

kde D je parametr závislý na elektrostatickém poli obklopujícím iont vzácné zeminy, <r24f> je střední hodnota kvadrátu poloměru 4f slupky vzácné zeminy, J je kvantové číslo celkového momentu hybnosti (pro Er+3 J=15/2) a aJ je Stevensonův koeficient (aJ=2.54×10-3 pro Er+3) [6]. Změny koeficientu magnetostrikce l111, pozorované v substituovaných intermetalikách ErCo2, lze tedy připsat změnám parametrů D a <r24f>.

 

Tato práce je součástí výzkumného úkolu MSM113200002 podporovaného Ministerstvem školství ČR a Grantové Agentury Karlovy Univerzity, grant #193/2001/B-FYZ.

 

 

1.      E.Gratz, A.S. Markosyan: J.Phys.: Cond.Matter 13 (2001) R385-413

2.      J. Rodriguez-Carvajal, M.T. Fernandez-Diaz and J.L. Martinez, J. Phys. : Condens. Matter 3 (1991) 3215.

3.      R. Kužel, program Difpatan, http://krystal.karlov.mff.cuni.cz/priv/kuzel/difp (2002).

4.      J. J. Rousseau, Basic crystallography, Wiley&Sons, New York (1998) .

5.      N. Tsuya, A.E. Clark a R.Bozoroth, Proc. Int. Conf. on Magnetism, Nottingham 1964, p.250

6.      M.T. Hutchings, Solid State Physics 16 (1964), p.270