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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) Hervé MAYOT QuickTime™ décompresseur sont requis po Thèse préparée à l’Institut Néel, dép. MCMF, CNRS / UJF, Grenoble sous la direction de Olivier Isnard Le 27 novembre 2008

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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

QuickTime™ et undécompresseur TIFF (non compressé)sont requis pour visionner cette image.

Thèse préparée à l’Institut Néel, dép. MCMF, CNRS / UJF, Grenoblesous la direction de Olivier Isnard

Le 27 novembre 2008

Page 2: Titre

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

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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

Page 4: Titre

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

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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

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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

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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

Page 8: Titre

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

Page 9: Titre

9

I. Propriétés du composé YCo4B

Structure

1. Structures des composés RCo4B

Hexagonal

2c

6i

2 sites de cobalt différents

"RCo2"

"Co3"

"RB2"

Page 10: Titre

10

I. Propriétés du composé YCo4B

Structure

1. Structures des composés RCo4B

Hexagonal

Substitution stricte et ordonnée

RCo4BRCo5

Page 11: Titre

11

I. Propriétés du composé YCo4B

Structure

1. Structures des composés RCo4B

Hexagonal

Substitution totale du site 2c

RCo4BRCo5 RCo3B2

Page 12: Titre

12

I. Propriétés du composé YCo4B

Structure

1. Structures des composés RCo4B

Empilement de 2 blocs structuraux

RCo5

RCo3B2

0

c

2 c

Page 13: Titre

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).

Page 14: Titre

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

Page 15: Titre

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

Page 16: Titre

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).

Page 17: Titre

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).

Page 18: Titre

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).

Page 19: Titre

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

Page 20: Titre

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).

Page 21: Titre

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

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22

II. YCo4B : mesures magnétiques sous pression

RS

3. Transition de réorientation de spin

Page 23: Titre

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

Page 24: Titre

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.

Page 25: Titre

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).

Page 26: Titre

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

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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

Page 28: Titre

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

Page 29: Titre

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

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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

Page 31: Titre

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

Page 32: Titre

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

Page 33: Titre

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

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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

Page 35: Titre

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

Page 36: Titre

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 ↘

Page 37: Titre

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

Page 38: Titre

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.

Page 39: Titre

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)

Page 40: Titre

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)

Page 41: Titre

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

Page 42: Titre

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

Page 43: Titre

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).

Page 44: Titre

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

Page 45: Titre

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

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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 :

Page 47: Titre

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

Page 48: Titre

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

Page 49: Titre

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

Page 50: Titre

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

Page 51: Titre

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?

Page 52: Titre

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.

Page 53: Titre

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

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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

Page 55: Titre

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

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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

Page 57: Titre

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

Page 58: Titre

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.

Page 59: Titre

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.

Page 60: Titre

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

Page 61: Titre

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

Page 62: Titre

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 …

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VI. Composés Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14

Synt

2. Propriétés magnétiques

Nd2Fe23B3

• MsCristal ≳ Ms

Amorphe

• TCCristal > TC

Amorphe

• MsCristal ≲ Ms

Amorphe

• TCCristal = TC

Amorphe

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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) :

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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.

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FIN

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Voro

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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