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Titre. Contribution à l’étude cristallographique et magnétique de composés intermétalliques R – Co – B et R – Fe – B ( R ≡ élément de terres rares). Hervé MAYOT. Thèse préparée à l’ Institut Néel, dép. MCMF, CNRS / UJF, Grenoble sous la direction de Olivier Isnard. Le 27 novembre 2008. - PowerPoint PPT Presentation
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1
Contribution à l’étude cristallographique et magnétique de composés intermétalliques
R – Co – B et R – Fe – B(R ≡ élément de terres rares)
Titre
Hervé MAYOT
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Thèse préparée à l’Institut Néel, dép. MCMF, CNRS / UJF, Grenoblesous la direction de Olivier Isnard
Le 27 novembre 2008
2
… des études fondamentales variées :
2 origines du magnétisme- M : Métaux de transition 3d
Itinérant / TC / Ms
- R : Lanthanides Localisé / Anisotropie
Diagramme de phases magnétiques riches
Élément B Stabilisateur de nouvelles structures
R-M
Propriétés magnétiques remarquables Matériaux de choix pour …
… de nombreuses applications : Magnétisme
- Aimants permanents- Stockage de l’information- Actionneurs et testeurs
Magnétostriction- Magnétocaloriques- Spintronique
Autres- Stockage de l’hydrogène- …
Introduction
• Les composés R–M et R–M–BIntroduction
3
Diagramme Ternaire
Diagrammes de phases ternaires très riches
Nombreuses études depuis 25 ans et la découverte de Nd2Fe14B
Intérêt particulier pour le coté riche en M Matériaux d’intérêt technologique
Nouvelles phases découvertes récemment
Introduction
• Les composés ternaires R–Co–B
H. Mayot et al., à paraître (2009).A. Szajek, Mat. Sci.-Poland (2006).
O. Isnard et al., J. Phys.: Condens. Matter (2003).W. G. Chu et al., J. Appl. Phys. (2001).
Y. Chen et al., Chem. Mater. (2000).Y. Chen et al., Phys. Rev. B (2000).
Y. Chen et al., Appl. Phys. Lett. (1999).
Nd
T = 600 K
4
Objectifs
Propriétés magnétiques
macroscopiques
Environnement local des atomes
magnétiques
Magnétisme :• interactions d’échange
• anisotropie magnétocristalline• aimantation
Cristallographie :• distance interatomique
• symétrie• environnement atomique
Introduction
• Objectifs
5
Démarche
• Paramètres :- Température- Champ magnétique- Pression- Substitution- Ordre cristallin
Amorphes Polycristaux Monocristaux
Introduction
• Démarche
Mesures expérimentales
Détermination des diagrammes de phases magnétiques selon divers paramètres extérieurs
Analyse des propriétés intrinsèques
CalculModèle
6
Matériaux
Sur-structures cristallines de RCo5 Magnétisme du sous-réseau de cobalt
Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14 Très riches en fer Structures complexes – Nombreux sites de fer Amorphe≠ cristallisé
Introduction
• Les composés étudiés
CeCo12–xFexB6 Effet de la teneur en fer sur la valence du Ce
R5Co19B6
R3Co13B2
YCo4B RCo4–xFexB Y1–xThxCo4B
7
I. Présentation du composé YCo4B Composé de référence
II. YCo4B sous pression Monocristal
III. Y1‑xThxCo4BI. Action de R non-magnétique sur Co
IV. RCo4–xFexB où R ≡ Gd, Tb et DyI. Différence de comportement entre Co et Fe
V. R3Co13B2 et R5Co19B6 Nouveaux composés
Conclusions
Plan
Plan
RM4B
8
I. Propriétés du composé YCo4B
I. Présentation de YCo4B
I. Présentation du composé YCo4B
II. YCo4B sous pression
III. Y1‑xThxCo4B
RCo4–xFexB où R ≡ Gd, Tb et Dy
I. R3Co13B2 et R5Co19B6
Conclusions
9
I. Propriétés du composé YCo4B
Structure
1. Structures des composés RCo4B
Hexagonal
2c
6i
2 sites de cobalt différents
"RCo2"
"Co3"
"RB2"
10
I. Propriétés du composé YCo4B
Structure
1. Structures des composés RCo4B
Hexagonal
Substitution stricte et ordonnée
RCo4BRCo5
11
I. Propriétés du composé YCo4B
Structure
1. Structures des composés RCo4B
Hexagonal
Substitution totale du site 2c
RCo4BRCo5 RCo3B2
12
I. Propriétés du composé YCo4B
Structure
1. Structures des composés RCo4B
Empilement de 2 blocs structuraux
RCo5
RCo3B2
0
c
2 c
13
I. Propriétés du composé YCo4B
Structure
1. Structures des composés RCo4B
n sites 2c sur n+1 substitués n plans "RB2" et 1 plan "RCo2" n blocs RCo3B2 et 1 bloc RCo5
• Membres de la famille : Rn+1Co3n+5B2n
RCo5
n = 0RCo3B2
n = ∞RCo4Bn = 1
R3Co11B4
n = 2R2Co7B3
n = 3
Toute la famille se construit à partir de 2 blocs structuraux
Y. B. Kuz'ma et al., Sov. Phys. Crystallogr. (1974).
14
I. Propriétés du composé YCo4B
Structure
1. Structure des composés RCo4B
RCo5
n = 0
RCo3B2
n = ∞RCo4Bn = 1
R3Co11B4
n = 2R2Co7B3
n = 3
nB = 0
3g / 6i
Co0 : nB = 0 CoI : nB = 2 CoII : nB = 4
• 4 types d’environnements atomiques différents de Co
2c
15
I. Propriétés du composé YCo4B
Tc / Ms
2. Propriétés magnétiques
• Température de Curie et aimantation
➔ Un seul atome de cobalt substitué sur cinq suffit à faire chuter la température de Curie de plus de la moitié.
➔ µCo6i < µCo
2c
➔ Effet d’hybridation Co2-6i – B
16
I. Propriétés du composé YCo4B
Autres RCo4B
2. Propriétés magnétiques
• Direction de facile aimantation (DFA) des composés isotypes RCo4B
où R ne contribue pas à l’anisotropie magnétocristalline
LuCo4B −r
M ⊥rc
YCo4B −r
M ⊥rc→
rM //
rc
GdCo4B
LaCo4B
ThCo4B
⎫
⎬⎪
⎭⎪ r
M // rc
→ YCo4B a un comportement original
C. V. Thang et al., J. Magn. Magn. Mater. (1997).
17
I. Propriétés du composé YCo4B
RS&FOMP
2. Propriétés magnétiques
• Transition de réorientation de spin
DFA :
➔ Pourtant, un seul élément magnétique
• Processus d’aimantation du premier ordre (FOMP)
Monocristal
Monocristal
H. Mayot et al., J. Phys.: Condens. Matter (2008).
18
I. Propriétés du composé YCo4B
RS&FOMP
2. Propriétés magnétiques
• Transition de réorientation de spin
2c
6i
• Processus d’aimantation du premier ordre (FOMP)
➔ Pourtant, un seul élément magnétique
⇒ Compétition entre les 2 sites de cobalt
2c
6i
R. L. Streever, Phys. Rev. B (1979).
rμ
rμ
19
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
II. YCo4B sous pression
I. Présentation du composé YCo4B
II. YCo4B sous pression
III. Y1‑xThxCo4B
RCo4–xFexB où R ≡ Gd, Tb et Dy
I. R3Co13B2 et R5Co19B6
Conclusions
20
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
Conditions expé
1. Conditions expérimentales
• Monocristaux ↳ Majeure partie des études précédentes sur poudre
• Magnétomètre SQUID ↳ 5 à 300 K / jusqu’à 5 T
• Cellule de pression ↳ jusqu’à ≈ 1.2 GPa
J. Kamarad et al., Rev. Sci. Instrum. (2004).
21
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
Ms / Tc
2. Évolution de Ms et de TC
• Ms : à 4 K, ↘
• TC : –12 K/GPa ↘
Z. Arnold et al., J. Magn. Magn. Mater. (2003).
4 K
22
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
RS
3. Transition de réorientation de spin
23
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
RS
3. Transition de réorientation de spin
P ↗ ⇒ TSR ↘
La pression favorise le domaine de DFA axiale
La pression favorise le site 2c
–23 K/GPa
24
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
RS
3. Transition de réorientation de spin
La pression favorise le domaine de DFA axiale : renforce la contribution relative du site 2c.
Évolution très importante de l’anisotropie en fonction du champ magnétique.
25
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
RS
3. Transition de réorientation de spin
La pression favorise le domaine de DFA axiale : renforce la contribution relative du site 2c.
Évolution très importante de l’anisotropie en fonction du champ magnétique.
La sensibilité à la pression augmente avec le champ.
H. Mayot et al., J. Phys.: Condens. Matter (2008).
26
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
FOMP
4. Processus de type FOMP et champ critique
Champ critique, Hcr
FOMP observée en dessous et au-dessus de TSR
Champ critique, Hcr
27
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
FOMP
4. Processus de type FOMP et champ critique
T < TSR T > TSR
T < TSR d⇒ Hcr dP < 0 T > TSR d⇒ Hcr dP > 0 La pression renforce la contribution axiale du site 2c
0 Gpa0.3 Gpa0.6 Gpa0.9 GPa
150 K
190 K
0 Gpa0.5 Gpa0.95 GPa
28
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
Param Aniso
5. Paramètres d’anisotropie
• Ajustement des mesures d’aimantation
Affinement : (K1,K2,K3) ➔ Ea dEa dP indépendant de la température
29
II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
Bilan
Bilan
• Originalité de comportement Réorientation, FOMP
• Grande sensibilité de Tsr et Hcr aux paramètres externes Champ magnétique Pression Température
• Démontre la sensibilité du magnétisme du cobalt
• Contribution relative du site 2c renforcée par la pression La pression favorise l’orientation axiale
30
III. Étude de composés Y1–xThxCo4B
III. Y-Th
I. Présentation du composé YCo4B
II. YCo4B sous pression
III. Y1‑xThxCo4B
RCo4–xFexB où R ≡ Gd, Tb et Dy
I. R3Co13B2 et R5Co19B6
Conclusions
31
III. Étude de composés Y1–xThxCo4B
ThCo4B
1. Le composé ThCo4B
• ThCo4B découvert récemmentO. Isnard et al., J. Phys.: Condens. Matter (2003).
↳ Mais TC et Ms nettement plus faibles que les autres RCo4B
• Évolution de l’environnement du Co par substitution de Th à l’Y : ↳ Différence de taille : rTh > rY
↳ Différence de valence : Y / Th → tri- / tetravalent
➔ Échantillons polycristallins : x = 0.2, 0.4, 0.6 et 0.8
↳ Fusion à arc et par induction HF des éléments purs ↳ Recuit 10 jours à 900 °C
32
III. Étude de composés Y1–xThxCo4B
Structure
2. Évolutions structurales
• Augmentation continue des paramètres de maille
• Substitution préférentielle
1a 1b
• Volumes différents
Diffraction des rayons X
33
III. Étude de composés Y1–xThxCo4B
Tc Ms
3. Mesures magnétiques
• Diminution de la TC avec 2 régimes distincts avant et après 0.5
↳ Effet de la substitution préférentielle ↳ Site 1a a plus de voisins Co
➔ Décorrélée de l’évolution des paramètres de maille
TC Ms
T = 4 K
34
III. Étude de composés Y1–xThxCo4B
Mag perp
4. Anisotropie magnétocristalline
➔ L’anisotropie augmente avec la teneur en Th ↳ Ajustements : Ha → 70 T atteint des valeurs très importantes⇒
Th r
M ⊥ DFAT = 4 K
35
III. Étude de composés Y1–xThxCo4B
Pression
➢ YCo5 : domination nette du site 2c forte anisotropie axiale➜
➢ YCo4B : compétition entre Co 2c et 6i transition de réorientation de spin➜
➢ Y1–xThxCo4B : le site 2c domine de nouveau le 6i anisotropie axiale géante➜
Effet volumique ? Effet électronique ?
Origine ?
5. Mesures magnétiques sous pression
⇒ Mesures magnétiques sous pression
36
III. Étude de composés Y1–xThxCo4B
Pression
5. Mesures magnétiques sous pression
Rapportées au volume, les évolutions magnétiques sont opposées à celles induites par la substitution Th / Y
➔ Effets électroniques prépondérants
H. Mayot et al., High Pressure Res. (2006).
TC ↘ Ms ↘
37
IV. Étude de composés RCo4–xFexB
IV. RCo4-xFexB
I. Présentation du composé YCo4B
II. YCo4B sous pression
III. Y1‑xThxCo4B
RCo4–xFexB où R ≡ Gd, Tb et Dy
I. R3Co13B2 et R5Co19B6
Conclusions
38
IV. Étude de composés RCo4–xFexB
Structure
1. Propriétés structurales
• R ≡ Gd, Tb, Dy
• Limite de solubilité du fer pour ces éléments : x ≈ 3
• Évolution non-linéaire des paramètres de maille.
➔ Comparable au cas de l’yttrium.
39
IV. Étude de composés RCo4–xFexB
Structure
1. Propriétés structurales
• Forte Préférence du fer pour le site 2c
• Taille de 2c influe sur a
H. Mayot et al., J. Appl. Phys. (2008)
40
IV. Étude de composés RCo4–xFexB
Neutrons&Moss
4. Diffraction des neutrons et spectroscopie Mössbauer
• Substitution préférentielle• Distances Co–B courtes : 2.06 Å • µ2c ≈ 1.6 µB > µ6i ~ 0.7 µB
• Forte hybridation Co – B• Ferrimagnétiques
Diffraction de neutrons Spectroscopie Mössbauer au fer
• Substitution préférentielle• Hhyp
2c > Hhyp6i
• Forte hybridation Fe – B
TbCo4–xFexB295 K
H. Mayot et al., J. Appl. Phys. (2008)
41
IV. Étude de composés RCo4–xFexB
Propr Mag
3. Propriétés magnétiques macroscopiques
• Ferrimagnétiques avec température de compensation Gd, Tb, Dy Terres rares lourdes∈
• Teneur en fer ↗ ⇒ Ms(4K) , ↘ TC , ↗ Tcomp ↘ Moment magnétique plus fort Interactions d’échange renforcés
• Évolution non-linéaire : illustre la substitution préférentielle Le site 2c a un impact plus grand sur ces propriétés magnétiques
Tcomp
DyCo4–xFexB
42
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
V. Rn+2
I. Présentation du composé YCo4B
II. YCo4B sous pression
III. Y1‑xThxCo4B
RCo4–xFexB où R ≡ Gd, Tb et Dy
I. R3Co13B2 et R5Co19B6
Conclusions
43
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
Rn+m
1. La (nouvelle) famille Rn+mCo3n+5mB2n
RCo5
n = 0RCo3B2
n = ∞RCo4Bn = 1
R3Co11B4
n = 2R2Co7B3
n = 3
1 bloc RCo5 et n blocs RCo3B2
• La famille structurale Rn+1Co3n+5B2n
Y. B. Kuz'ma et al., Sov. Phys. Crystallogr. (1974).
44
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
Rn+m
1. La (nouvelle) famille Rn+mCo3n+5mB2n
m blocs RCo5 et n blocs RCo3B2
nb. de blocsRCo3B2 0 1 2 3 4 …
RCo5
0 – RCo3B2 – – –
1 RCo5 RCo4B R3Co11B4 R2Co7B3 R5Co17B8
2 – R3Co13B2 – R5Co19B6 –
3 – R2Co9B R5Co21B4 –
4 – R5Co23B2 –
…
nm
N. Plugaru et al., J. Magn. Magn. Mater. (2005).W. G. Chu et al., J. Appl. Phys. (2001).Y. Chen et al., J. Alloys Comp. (2000).
Y. Chen et al., J. Alloys Comp. (1999).Y. Chen et al., J. Alloys Comp. (1999).Y. B. Kuz'ma et al., Sov. Phys. Crystallogr. (1974).
Nd
Co B
70 %
50 %
Ndn+mCo3n+5mB2n
45
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
Rn+m
1. La (nouvelle) famille Rn+mCo3n+5mB2n
R3Co13B2 R5Co19B6nB = 0
3g / 6i
nB = 0 nB = 2 nB = 4
2c / 4h
46
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
Synthèse
2. Synthèse
➔ Recuit à 600°C, pendant une durée allant de 30 à plus de 70 jours
➔ Se forment par réaction solide – solide lors du recuit :
47
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
Param
2. Évolutions en fonction de la teneur en bore
➔ Chaque bloc structural conserve sa taille d’un composé à l’autre.
• Paramètres de maille
48
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
Tc
TC
TC
TC
Tsr
• Température de Curie
➔ Évolution continue de TC
2. Évolutions en fonction de la teneur en bore
49
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
Moments
➔ Valeur des moments magnétiques dépend de la quantité de bore voisins.
nB = 0
≈ 1.6 µB
3g / 6i
nB = 0
≈ 1.6 µB
nB = 2
≈ 0.6 µB
nB = 4
≈ 0 µB
2. Évolutions en fonction de la teneur en bore
• Moments magnétiquesDiffraction des neutrons
• Aimantation
2c / 4h
50
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
AMC
5. Anisotropie magnétocristalline
• Nd5Co19B6
mesure magnétique en champ intense sur échantillons orientés
➔ Nd5Co19B6 : Anisotropie très importante à basse température (≈ 65 T)
➔ Nd5Co19B6 : Diminution de l’anisotropie en température
51
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
AMC
5. Anisotropie magnétocristalline
Anomalies
➔ Pr5Co19B6 : Pas de réorientation totale entre 4 et 275 K. ➔ Anomalies magnétiques vers 15 K
• Pr5Co19B6
Aimantation à bas champ
Susceptibilité alternative
Mesure magnétique en champ intense sur échantillons orientés
rμ
rμ?
52
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
AMC
5. Anisotropie magnétocristalline
➔ Pr5Co19B6 : Anomalies magnétiques vers 15 K ↳ Diffraction des neutrons
• Entre 30 et 75 K, les réflexions dont l’intensité évolue correspondent aux pics magnétiques du Pr ⇒ Évolution thermique normale
• Entre 2 et 30 K, seules des réflexions (h k 0) évoluent ⇒ Peut correspondre à une rotation partielle des moments magnétiques : dans le plan à 30 K, légèrement en dehors à 2 K.
rμ
rμ
53
V. Les composés R3Co13B2 et R5Co19B6
Bilan
Bilan
• Continuité des propriétés en fonction de la teneur en bore Paramètre de maille Température de Curie Valeur des moments magnétiques localisés Aimantation
• Anisotropie magnétocristalline remarquable Réorientations Valeurs de champ d’anisotropie importantes
54
Conclusions
Conclusions
• Famille Rn+mCo5m+3nB2n
- Richesse structurale et phases nombreuses
- Effets à l’échelle locale → hybridation Co – B
- Grande sensibilité du magnétisme du cobalt ↳ Pression / Champ magnétique / Substitutions …
- 2 schémas de substitutions préférentielles
- Anisotropie magnétocristalline remarquable
55
Conclusions
Conclusions
2 blocs structuraux et 4 types d’environnements atomiques du Co suffisent à expliquer les propriétés magnétiques de toute la famille
de composés Rn+mCo5m+3nB2n
3g / 6i
2c / 4h
Propriétés magnétiques
macroscopiques
Environnement local des atomes
magnétiques
56
Perspectives
Étude de l’effet de l’hybridation Co / B • Carte de densité d’aimantation• Répartition spin / orbite
diffraction de neutrons polarisés YCo➩ 411B monocristallin
Potentiel d’application à explorer ➩ RCo4–xFexB : Tcomp ajustable autour de 300 K
Ordre local : amorphe / cristallisé Nd➩ 2Fe23B3 et Y3Fe62B14
Obtention de nouvelles phases R–M–B par hypertrempe• Phases Rn+mCo3n+5mB2n difficiles à synthétiser• Phases R2Fe23B3
…
57
Remerciements
Institut de Physique, ASCR, Prague Mesures magnétiques sous pressionZ. Arnold, J. Kamarad
Université de Liège Spectroscopie MössbauerF. Grandjean, G. Long, R. Hermann
Institut Laue Langevin (ILL) Diffusion des neutronsD1A, D2B : E. Suard
D1B (CRG CNRS)
European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) Absorption XD2AM (CRG CNRS-CEA) : J.-L. Hazemann, H. Palancher
Laboratoire des Champs Magnétiques Intenses (LCMI) Champs intensesM. Guillot
Institut Néel Synthèses, diffraction X, mesures magnétiques …J. Marcus, L. Ortega, C. Colin, D. Maillard, R. Haettel …
Les joyeux thésards et les autres …
Remerciements
58
VI. composés Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14
VI. Hypertrempe
• Nd2Fe23B3 : impureté dans les alliage à base de Nd2Fe14B
• Ces deux phases sont absentes des lingots bruts de fusion ↳ apparaissent lors du recuit des alliages amorphes à
très forte teneur en fer.
• Phases difficiles à obtenir peu d’études⇒
• Structures complexes avec de nombreux sites de fer.
59
VI. Composés Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14
Synthèse
1. Synthèse et structure
➔ Mélange des éléments constituants par fusion à arc ↳ Nd2Fe23B3 : en quantité stochiométrique ↳ Y3Fe62B14 : avec 50% d’excès d’yttrium
➔ Obtention de rubans amorphes par hypertrempe à la roue ↳ Fusion à induction puis refroidissement à ~106 K/s
➔ Recuit des rubans 10 à 15 min entre 615 et 620°C ↳ Temps très courts et température faible → sinon, création d’autres phases plus stables ↳ Impureté de α-Fe
• Hypothèse :
Phases métastables voire transitoires nécessitant peu de diffusion atomique pour cristalliser à partir de l’amorphe et lançant facilement place à des phases plus stables, mais à l’enthalpie de formation plus élevée et à la cinétique plus lente.
60
Synthèse
1. Synthèse et structure
➔ Mélange des éléments constituants par fusion à arc ↳ Nd2Fe23B3 : en quantité stochiométrique ↳ Y3Fe62B14 : avec 1% d’excès d’yttrium
➔ Obtention de rubans amorphes par hypertrempe à la roue ↳ Fusion à induction puis refroidissement à ~106 K/s
➔ Recuit des rubans 10 à 15 min entre 615 et 620°C ↳ Temps très courts et température faible → sinon, création d’autres phases plus stables ↳ Impureté de α-Fe
• Hypothèse :
Phases métastables voire transitoires nécessitant peu de diffusion atomique pour cristalliser à partir de l’amorphe mais lançant facilement place à des phase plus stables, mais à l’enthalpie de formation plus élevée et à la cinétique plus lente.
Thermodiffraction des rayons X – Y3Fe62B3
➔ Transitions très abruptes
VI. Composés Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14
61
VI. Composés Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14
Structure
1. Synthèse et structure
Cubique centrée – Z = 2 – 158 At./m.c. (79 At./m.p.)4 sites de fer différentsa = 12.357(2) Å – V = 1887 Å3
Nd2Fe23B3 Y3Fe62B14
Cubique centrée – Z = 8 – 224 At./m.c. (112 At./m.p.)5 sites de fer différentsa = 14.165(2) Å – V = 1421 Å3
62
VI. Composés Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14
Structure
1. Synthèse et structure
Nd2Fe23B3
Nd : {20 Fe ; 3 B}B : biprisme de fer
Y3Fe62B14
Y : {20 Fe ; 2 B}Amas de bore (14 At.)
Diversité des sites de fer : • taille ; • nombre de voisins bore …
63
VI. Composés Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14
Synt
2. Propriétés magnétiques
Nd2Fe23B3
• MsCristal ≳ Ms
Amorphe
• TCCristal > TC
Amorphe
• MsCristal ≲ Ms
Amorphe
• TCCristal = TC
Amorphe
64
VI. Composés Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14
Synt
2. Propriétés magnétiques
• Compétition entre échanges ferromagnétiques et antiferromagnétiques
• Forme Ms(T) en accord avec cette compétition (Kuz’min) :
65
VI. Composés Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14
Synt
2. Propriétés magnétiques
➔ Composés au magnétisme essentiellement itinérant. Courbe de Rhode Wohlfarth
Caractère plus ou moins localisé ou itinérant du magnétisme des composés.
66
FIN
67
Voro
68
Matériaux
Rn+mCo3n+5mB2n
Ensemble de sur-structures dérivant des RCo5
YCo4B : Composé modèle monocristal➝ Y1–xThxCo4B : action de R non-
magnétique sur Co RCo4–xFexB : différence de
comportement entre Co et Fe Rn+2Co3n+10B2n : nouveaux
composés
CeCo12–xFexB6 Effet de la teneur en fer sur
la valence du Ce (valence intermédiaire)
Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14 Très riches en fer / structure
complexe / nombreux sites de fer / cristallisé ≠ amorphe
Introduction
• Les matériaux étudiés
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II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
RS
3. Transition de réorientation de spin
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II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
RS
3. Transition de réorientation de spin
La pression favorise le domaine de DFA axiale
Évolution très importante de l’anisotropie en fonction du champ magnétique.
La sensibilité à la pression augmente avec le champ.
–23 K/GPa
–22 K/GPa
–41 K/GPa
–44 K/GPa
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I. Propriétés du composé YCo4B
Structure
1. Structures des composés RCo4B
Hexagonal
Translation de z = ½ → blocs structuraux
RCo4BRCo5 RCo3B2
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IV. Étude de composés RCo4–xFexB
Structure
1. Propriétés structurales
Spectroscopie Mössbauer
Diffraction des neutrons
H. Mayot et al., J. Appl. Phys. (2008)
• Forte Préférence du fer pour le site 2c
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• SynthèseFour à arc / induction HFHypertrempe à la roueFour de traitement thermique
• Microscopie et calorimétrieMEB – DSC
• StructureDiffraction des rayons XDiffraction des neutrons
• MagnétismeBalance thermomagnétiqueMagnétométrie
extraction / SQUIDSusceptibilité alternative
• AutreSpectroscopie Mössbauer – XAS
Techniques Expé
• Mesures sous pression
• Affinement de RietveldFullprof
• Orientation d’échantillonDirection de facile aimantationParamètres d’anisotropie
magnétocristalline ↳ Champ intense / pression
• Champs magnétiques intenses
• Thermodiffraction
• Codes d’affinement
Introduction
• Techniques expérimentales
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III. Étude de composés Y1–xThxCo4B
Mag, poudre libre
3. Mesures magnétiques sur poudre libre
• Diminution de la TC avec 2 régimes distincts avant et après 0.5
↳ Effet de la substitution préférentielle ↳ Site 1a a plus de voisins Co
➔ Mais l’évolution des paramètres de maille est plus linéaire
• Y0.8Th0.2Co4B : comportement proche de la FOMP de YCo4B
• Difficulté à saturer : grande anisotropie ?
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III. Étude de composés Y1–xThxCo4B
Champs intenses
4. Échantillons orientés et champs magnétiques intenses
➔ Valeurs d’anisotropie gigantesques
Ea Ha
• Ajustement des courbes d’aimantation
• Détermination de l’énergie d’anisotropie et du champ d’anisotropie
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II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression
FOMP
4. Processus de type FOMP et champ critique
T < TSR T > TSR
La pression renforce la contribution axiale du site 2c
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V. Étude de composés Rn+2Co3n+10B2n
AMC
5. Anisotropie magnétocristalline
➔ Pr5Co19B6 : Anomalie magnétique vers 15 K ↳ Mesure magnétique en champ intense sur échantillons orientés
➔ Nd5Co19B6 : Évolution continue et monotone
➔ Pr5Co19B6 : Température critique vers 60 K
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V. Étude de composés Rn+2Co3n+10B2n
Bilan
Bilan
Co (2c) : aucune sensibilité à la présence
de bore
μ 1,6 μB
Co (6i1) : diminution du moment magnétique
μ 0,6 μB
Co (3g ou 6i2) : Absence de moment magnétique
localisé
μ 0 μBCo (6i1)
Co (2c) Co (3g ou 6i2)
B
Y
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Intro
Introduction
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Conclusions
Conclusions
• … RCo4B
- Effets de la pression sur le magnétisme YCo4B TC et Ms diminuent Forte sensibilité de Tsr
Renforce le caractère uniaxial lié au site 2c FOMP modifiée par la pression
- Effet de substitution Y/Th Chute spectaculaire de TC et Ms Disparition de Tsr Chute de µCo–6i, peu d’effet sur le µCo–2c
Anisotropie magnétocristalline gigantesque Effet électronique dominant / Pression chimique
- En outre 2 schémas de substitution préférentiels : Fe/Co préférence pour site 2c Th/Y préférence pour site 1a
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• … nouvelles phases R3Co13B2 et R5Co19B6
- Propriétés remarquables Structures plus complexes Anisotropie magnétocristalline de Nd5Co19B6 élevée
Tsr dans Nd3Co13B2 et Pr5Co19B6
- Compréhension de RCo4B testée sur ces nouvelles phases Empilement de blocs structuraux
➥ Prévisibilité des paramètres de maille Moments magnétiques locaux
➥ Prévisibilité de Ms
Évolution continue de TC en fonction de la teneur en bore
Conclusion