Nghiên cứu tính chất từ của một số hợp chất đất hiếm kim loại chuyển tiếp loại mới

G ivord, Magnetism o f rare-earth intermetallic compounds: some current Magnetic interaction in Y3Fe26.82V2.i8 and Y3Fe28.04Moo.96 compounds.. Attention is íocused on the errect of cn s

và các ctv khác

B Á O C Á O TÓ M T Ắ T

a Tên đề tài: Nghiên cứu tính chất từ của một số hợp chát

đất hiếm - kim loại chuyển tiếp loại mới

M ã số: Q T -9 8 -0 6

b Chủ trì đề tài: PGS.TSKH Nguyễn Hoàng Lương

c Các cán bộ tham gia: GS TSKH Nguyễn Phú Thuỳ

TS Lưu Tuấn Tài

TS Phạm H ồng Q uang ThS V ũ T h ế H iền (N C S) ThS Đ ỗ Thị K im A nh

và cá c ctv khác

d Mục tiéu và nội dung nghiên cứu:

Mục tiêu:

X ác định c ô n g nghệ thích hợp để c h ế tạo m ột sô' hợp chất đất hiếm - kim loại

ch u yên tiếp c ó khả năng làm nam châm vĩnh cửu N g h iên cứu tính chất từ của các hợp chất tạo ra G óp phần xây dựng c ơ sở khoa học ch o c á c c ô n g n gh ệ vật liệu

m ới.

Nội dung:

- N g h iên cứu c ô n g n gh ệ c h ế tạo c á c hợp chất đất hiếm - kim loại ch u yển tiếp

R -T -M (R: đất h iếm , T: kim loại ch u y ển tiếp, M: T i, A I, ).

- N g h iên cứu dị hướng từ, tương tác từ, các tính chất từ khác cùa c á c hợp chất trên.

e C á c k ế t q u á đ ạ t đ ư ợ c: Đ ề tài đã thu được các kết quả chính sau:

1 Các hợp chất R 3(Fe,M)2ọ

C ác hợp chất R 3(F e ,M )29 (R = kim loại đất h iếm , M = C r ,v , M o) đã được

c h ế tạo b ằng phương pháp n ón g ch ả y hồ quang và ủ ở nhiệt độ cao Đ ã xác định cấu trúc tinh thể và hằng s ố m ạn g củ a các mẫu T rong c á c m ẫu Y ,F e 29_xM x nồng

độ tối ưu củ a Cr, V và M o lần lượt là X = 4 ,3 5 ; 2 ,1 8 và 0 ,9 6 Trên c ơ sở các

n gh iên cứu trên m ẫu bột định hướng c ó thể nhận định rằng phân m ạng sắt trong các hợp chất c ó dị hướng m ặt phảng ở nhiệt độ phòng G iá trị nhiệt độ Curie và hệ

s ố tương tác trao đ ổi nFe_Fe đã được xác định Hệ s ố tương tác trao đổi nR_ị., giữa phân m ạn g đất h iếm và phân m ạn g sắt g iả m khi n gu yên tử số củ a R tãng Sự giảm Iiày được c h o là d o sự b iến đ ổi củ a tương tác trao đ ổi 4 f-5 d

2 Các hợp chất RịFe,M )n

- Các hợp chất RFen Ti: Dị hướng từ cúa các hợp chất R F e ,iT i (R = Sm, N d,

Tb, D y , Y ) được n gh iên cứu th ôn g qua hiện tượng tái định hướng spin Từ các

n gh iên cứu đ ó đã thu được g iá trị cá c thông s ố trường tinh thế củ a c á c ion đất

h iếm K ết quả n gh iên cứu ch o thấy dị hướng cù a phân m ạn g đất h iếm được xác định bởi c á c th ôn g s ố trường tinh thê và trường trao đ ổi C ác kết quả n gh iên cứu

củ a c h ú n g tôi c h o thấy v iệ c n g h iên cứu hiện tượng tái định hướng spin trong các

hợp chất c ó thay th ế c á c k im lo ạ i đất h iếm k h ôn g từ tính c h o các k im loại đất

h iếm từ tính là rất c ó ích đ ể thu được cá c th ôn g s ố trường tinh thể Đ iề u này đặc

b iệt c ó g iá Jri k h i k h ô n g c ó cá c s ố liệu trên các đơn tinh thể.

- Các hợp chất R F e n M x : Cường đ ộ củ a tương tác trao đ ổ i 4 f-3 d (A Rr) trong

cá c hợp ch ất R F e 12.xM x (M = V , T i, Si) đã được xác định từ g iá trị thực nghiệm

củ a n h iệt đ ộ C urie N hận thấy A RX phụ thuộc m ạnh vào n g u y ên tố thay th ế M Vai trò củ a cá c n g u y ên tố thay th ế k h ôn g ch ỉ làm ổn định pha 1:12 m à cò n làm biến

đ ối tương tác từ trong cá c hợp chất R F e u _xM x.

- Các hợp chất R(Fe,Co)]0Mo2: Đ ã n ghiên cứu ảnh hưởng củ a quá trình nitride h oá lên tính chất từ củ a cá c hợp chất Y F e 10M o 2, Y F e 8C o 2M o 2,

Y F e 5C o 5M o 2) Y F e 2C o 8M o 2 và E rF ei0M o 2 Các m ẫu được c h ế tạo b ằng phương pháp n ó n g c h ả y hồ q u an g, n gh iền thành b ột sau đ ó được nitride hoá Q uá trình nitride hoá đã làm tăng hằng sô' m ạng (chủ yếu trong m ặt phảng đ á y ) và tăng nhiệt

độ C urie củ a vât liêu~/* CL"

3 Các hợp chất Nd-Fe-Al

C ác hợp chất vô định hình (V Đ H ) k h ối N d -F e -A l c ó tính từ cứ n g ở nhiệt độ

ph òn g m ới được phát hiện gần đây Trong c ộ n g tác giữ a các nhà k h oa học V iệt

N am và M ỹ , đã tiến hành thử c h ế tạo hợp k im k h ối N d 6ũF e 30A l|0 b ằng đúc hút khuôn đ ồ n g d ù n g phương pháp n ón g ch ả y hồ quang Sau đ ó, từ cá c hợp kim nhận được, c á c băng (rib b on ) đã được c h ế tạo Q uá trình nấu m ẫu bằng hồ quang được tiến hành theo ba trình tự: 1) nấu ch ả y N d và Fe trước, sau đó hợp kim hoá AI với

c h ú n g , 2 ) nấu ch ả y Fe và AI trước, sau đó hợp kim hoá N d với ch ú n g, và 3 ) nấu

ch ả y đ ồ n g thời cả ba kim loại thành phần K ết quả n gh iên cứu ch o thấy trình tự tạo hợp kim khác nhau dẫn đến sự khác nhau c ủ a vi cấu trúc trong vật liệu băng Trình tự 1) c h o phép nhận được cá c m ẫu gần vô định hình C ác m ẫu tạo bởi trình

tự 2 ) g ồ m hỗn hợp cá c pha V Đ H và kết tinh Trình tự 3) dẫn đến cá c m ẫu trong đó

tỷ phần pha V Đ H c ó g iá trị trung gian so với tỷ phần pha V Đ H trong các m ẫu tạo

b ằng hai trình tự kia T rong s ố các m ẫu c h ế tạo, cá c m ẫu tạo b ằng trình tự 1) c ó từ

dư và lực k h án g từ lớn nhất.

Các công trình khoa học đã hoàn thành:

1 Pham H o n g Q uang, N g u y e n H o a n g L uong, D o Thi K im A nh and N g u y e n

T h e H ien

Synthesis, structural and magnetic properties o f novel hard magnetic

Y3Fe29-xMx compounds (M = Cr, V, Mo).

T u yển tập cá c c ô n g trình k h o a h ọc H ộ i nghị K h o a h ọ c trường Đ ạ i h ọc K hoa

h ọ c Tự n h iên , ngành V ật lý , H à N ộ i, 4 /1 9 9 8 Tạp c h í K h o a h ọ c Đ ạ i học

Q u ố c g ia H à N ộ i, 1 9 9 8 , tr 9 8 -1 0 1

2 N g u y e n D u c T an, N g u y e n H uu D u c, N g u y e n H o a n g L u o n g , Pham H ong

Q u an g,

4f-3d exchange interactions in the RFe12.xAx compounds.

T u yển tập cá c c ô n g trình k hoa h ọ c H ội nghị K h oa h ọ c trường Đ ại học K hoa

3 V ũ T h ế H iền , N g u y ễ n Phú T huỳ, Lưu Tuấn T ài, Chu V ăn T hắng, L ê Đ ức Tùng,

Anh hưởng của quá trình nitride hoá lên tính chất từ của hệ hợp chát

R (Fe,Co)10Mo2 (R = Y và Er).

T u y ển tập c á c c ô n g trình khoa h ọc H ội nghị K hoa h ọc trường Đ ại h ọc K hoa

h ọ c Tự n h iên , ngành V ật lý, Hà N ộ i, 4 /1 9 9 8 Tạp c h í K h oa h ọc Đ ạ i h ọc Q u ốc gia Hẩ Nội, 1998.tr 106-109.

4 N g u y e n H o a n g L u on g,

Rare-earth intermetallic compounds.

Invited paper, P ro c eed in g s o f the 5^ A S E A N M aterials S cien ce & T ec h n o lo g y

C o n fe ren ce , H an oi, V ietn am , O ctob er 1 2 -1 4 , 1998, pp 5 9 -6 4

5 N g u y e n H oan g L uong, N g u y en Phu T huy, Pham H on g Q uang and Pham

D u c Thang,

Magnetic anisotropy in rare-earth - transition metal intermetallic

compounds.

Invited paper, p resen ted at the M aterials R esearch S o c ie ty (M R S ) 1999 Spring

M eetin g , San F ran cisco, U S A , A pril 5 -9 , 1999 M aterials R esearch S o cie ty Sym p Proc V o lu m e 5 7 7 “A d v a n ced Hard and S o ft M agn etic M aterials” , ed

M C o e y , L.H L ew is, B -M M a, T S ch reíl, L S ch u ltz, J Fidler, V G Harris,

R H asegavva, A Inoue, M M cH enry, 1999, pp 127-37.

6 N g u y e n H o a n g L u o n g , N g u y en H uu D u c, N g u y ên Phu T huy, D G ivord, Magnetism o f rare-earth intermetallic compounds: some current spects

P r o ceed in g s o f the N a tio n a l Centre for S c ie n c e and T e c h n o lo g y o f

V ietn am , 11 ( 1 9 9 9 ) 6 1 - 7 0

7 Pham H o n g Q uang, N g u y e n H oan g L uong, D o Thi K im A nh and N gu yen

T he H ien ,

Magnetic interaction in Y3Fe26.82V2.i8 and Y3Fe28.04Mo0.96 compounds.

P ro ce ed in g s o f the 3 rd International W ork sh op on M aterials S c ie n c e , H anoi

P ro ce ed in g s o f the 16th International W ork sh op on Rare-Earth M agn ets and

T heir A p p lic a tio n s, S en d ai, Japan, Sept 2 0 0 0 , pp 4 7 5 -4 8 2

f K ế t q u ả đ à o tạ o : 1 n g h iên cứu sin h đ ang làm luận án và 1 sinh viên đã bảo vệ luận văn C ử nhân k h o a h ọ c th eo hướng để tài.

g Tình hình kinh phí của để tài:

Đ ư ợ c hỗ trợ 16 triệu đ ồ n g trong 2 năm , đã q u yết toán.

4

S U M M A R Y

a Project Title: Investigation on magnetic properties o f novel

rare-earth - transition metal compounds Code: QT-98-06

b Project R esponsible: Assoc Dr Nguyen Hoang Luong

c C ollaborators: Prof Dr Nguyen Phu Thuy

Dr Luu Tuan Tai

Dr Pham H o n g Q uang

M Sc V u T he H ien

M Sc D o Thi K im A nh and other

d Project aim and activities

Aim:

T o gain the k n o w le d g e o f te c h n o lo g y for preparing so m e rare-earth - transition

m etal in term etallic c o m p o u n d s w ith p otential ap p lication s as perm anent m agn ets

T o in v estig a te m a g n etic properties o f the prepared c o m p ou n d s T o contribute to the d ev e lo p m en t o f the sc ie n tific b a sis for n ew m aterials te c h n o lo g ie s.

Activities:

- In v estig a tin g te c h n o lo g y for preparing rare-earth-transition m etal interm etallic

c o m p o u n d s R -T -M (R = rare earth, T = transition m etal, M = T i, A l, etc.).

- In v estig a tin g m a g n etic an isotrop y, m a g n etic interactions and other m agn etic properties o f the prepared com p ou n d s.

e R e s u lts : M ain resu lts are

1 R3ịFe,M )29 compounds

R 3(F e ,M )29 co m p o u n d s (R = rare earth, M = Cr, V , M o ) w ere prepared from high purity e le m e n ts b y a rc-m eltin g tech n iq u e and su b se q u en tly an n ealed at high tem perature T h e crystal structure and lattice con stan ts o f the sa m p les w ere

d eterm in ed In the Y 3F e 29.xM x co m p o u n d s the optim al co n ten t o f Cr, V and M o is

X = 4 3 5 , 2 1 8 and 0 9 6 , r esp ectiv ely B ased on in v estig a tio n o f a lig n ed povvder

sa m p les it is su g g e ste d that the iron -su b lattice an isotrop y is o f an ea sy -p la n e character at room tem perature V a lu e s for Curie tem perature, T c , and the F e-F e

ex c h a n g e in teraction c o e ffic ie n ts , nFe_Fe, are d eterm in ed T he e x c h a n g e interaction

c o e ffic ie n t nR_Fe b e tw e e n rare-earth and iron su b la ttices d e cre a se s w ith in creasin g

a tom ic n um ber o f the R ion T h is is attributed to the variation o f the 4 f-5 d

e x c h a n g e in teraction

2 R(Fe,M )l2 compounds

- RFeu Ti compounds: T h e m a g n etic an isotrop y in the R F e n Ti c o m p o u n d s (R

= Sm , N d , T b, D y , Y ) is in v estig a ted by stu d y in g the spin reorientation

p h en om en a F rom su ch in v e stig a tio n s the c r y s ta llin e -e le c tr ic -fie ld (C E F ) param eters o f the rare-earth io n s in th ese c o m p o u n d s have b een d erived The results sh o w that the m a g n e to c r y sta llin e an isotrop y o f the R su b la ttice is fu lly

d eterm in ed b y the v a lu e s o f the C E F param eters and the e x c h a n g e fie ld o f the R

5

ion O ur resu lts sh o w that the study o f spin reorientation p h en om en a in

in term etallic co m p o u n d s w ith substitution o f a n o n -m a g n etic rare earth for a

m a g n e tic o n e is very u se íu l in ob tain in g in íorm ation on cr y sta llin e -e le ctr ic -fíe ld param eters T h is is particularly valu ab le w h en data on sin g le crystals are lack in g.

- RFel2.IMx compounds: T he strength o f the 4 f-3 d in teraction s, A RT, in the

R F e ,2.xM x co m p o u n d s (M = V , T i, Si) has b een derived from exp erim en ta lly

ob tain ed v a lu es o f the C urie tem perature It is sh o w n that A R[ d ep en d s stron gly OI1

the su b stitu ted e le m e n ts M T he role o f the substituted e le m e n ts, thus, is not only

to sta b iliz e the 1:12 ph ase, but also to m o d iíy the m agn etic in teraction s in the

R F e 12.xM x c o m p o u n d s.

- R(Fe,Co)i0Mo2compounds: The in A u en ce o f the n itrogen ation p rocess on the

m a g n etic properties o f the Y F e 10M o 2, Y F e 8C o 2M o 2, Y F e 5C o 5M o 2, Y F e 2C o sM o, and E rF e l0M o 2 co m p o u n d s w a s in vestigated The sa m p les w ere prepared by arc-

m eltin g tech n iq u e w ith sub seq u en t p ow d erin g and n itrogen ation The

n itrogen ation resu lts in an in crease o f the lattice con stan ts (m a in ly in basal plane) and an en h a n c e o f the Curie tem perature.

3 Nd-Fe-Al alloys

T h e bulk am orphous a llo y s N d -F e -A l w ith hard m agn etic properties at room tem perature have b een reported recently In collab oration b etw ee n V ietn a m ese and U S s c ie n tists w e have tried to prepare the a llo y s NdôQpeỊoAlịQ by the copper

m old su ctio n ca stin g u sin g arc-m eltin g technique A llo y s w ere prepared by various p r e -a llo y in g routes and then m elt-spun to get ribbons A rc-m elted a llo y s

w ere prepared u sin g three d ifferen t routes: 1) form in g a N d -F e a llo y w h ich w as

su b seq u e n tly a llo y e d w ith A l, 2 ) form ing a F e-A l a llo y for su b seq u en t a llo y in g

w ith N d, and 3) a llo y in g all three e lem en ts at o n ce The in v estig a tio n sh o w s that the p r e -a llo y in g se q u e n c e results in different m icrostructures in ribbons R oute 1) results in a n e a r ly -h o m o g e n e o u s am orphous a llo y after m elt sp in n in g R oute 2 ) results in a m ixture o f crystallin e and am orphous p h ases, w h ile the fraction o f

g la ssy phase o b tain ed from p re-a llo y in g by route 3) w as interm ediate to that o f the other sa m p le s A m o n g the sa m p les prepared, the sam p le ob tain ed from pre-

a llo y in g by route 1) has the h igh est rem an en ce and co erc iv ity

Publications

1 Pham H on g Q uang, N g u y e n H oan g L uong, D o Thi K im A nh and N g u y e n

T he H ien

Synthesis, structural and magnetic properties o f novel hard

magnetic Y3Fe29.xMx compounds (M = Cr, V, Mo).

P r o cee d in g s o f the S cien tific C o n feren ce o f the H anoi U n iv ersity o f

S c ie n c e , H an oi, A pril 1998 J o f S cien c e o f V ietn am N ational

U n iv e r sity , H an oi, 19 9 8 , pp 9 8 -1 0 1

2 N g u y e n D uc Tan, N g u y e n Huu D u c, N g u y e n H oan g L u o n g , Pham H on g

Q u a n g ,

4f-3d exchange interactions in the RFe12.xAx compounds.

P r o c e e d in g s o f the S c ie n tific C o n íe r e n c e o f the H anoi U n iv ersity o f S c ie n c e,

H an oi, A pril 1998 J o f S c ie n c e o f V ietn am N ation al U n iv e r sity , H an oì, 1998

pp 8 2 -8 5

3 V u T h e H ien , N g u y e n Phu T huy, Luu Tuan T ai, Chu V an T hang, L e D uc

T ung,

Influence o f the nitrogenation process on m agnetic properties o f

R (Fe,Co)10Mo2 compounds (R = Y and Er).

P ro c e e d in g s o f the S c ie n tiíic C o n íer en ce o f the H anoi U n iv er sity o f

S c ie n c e , H an oi, A pril 1998 J o f S cie n c e o f V ietn am N ation al U n iversity,

H an oi, 19 9 8 , pp 1 0 6 -1 0 9 (in V ietn a m ese).

4 N g u y e n H o a n g L u on g,

Rare-earth intermetallic compounds.

Invited paper, P r o ceed in g s o f the s 1*1 A S E A N M aterials S cie n ce &

T e c h n o lo g y C o n íe r e n c e , H anoi, V ietn am , O ctob er 1 2 -1 4 , 1998, pp 5 9 -6 4

5 N g u y e n H oan g Luong, N g u y en Phu T huy, Pham H on g Q uang and Pham

D uc T hang,

Magnetic anisotropy in rare-earth - transition metal intermetallic

compounds.

Invited paper, presen ted at the M aterials R esearch S o c ie ty (M R S ) 1999 Spring

M e etin g , San F ran cisco, U S A , A pril 5-9, 1999 M aterials R esearch S o c ie ty

S ym p Proc V o lu m e 5 7 7 “A d van ced Hard and S oft M agn etic M aterials”, ed

M C o e y , L.H Levvis, B -M M a, T S ch reíl, L Sch u ltz, J Fidler, V G Harris,

R H a seg a w a , A Inoue, M M cH enry, 1999, pp 1 2 7 -137.

6 N g u y e n H oan g L u on g, N g u y en Huu D uc, N g u y e n Phu T huy, D G ivord, Magnetism o f rare-earth intermetallic compounds: some current

Magnetic interaction in Y3Fe26.82V2.i8 and Y3Fe28.04Moo.96 compounds.

P ro ce ed in g s o f the 3 rd International W orkshop on M aterials S c ie n c e ,

H an oi, N o v 1999, pp 3 7 9 -3 8 2

8 A s 0 ’C on n or, L.H L ew is, R.w M cC allu m K.w D en n is M J Kramer

D T K im A nh, N H Dan, N H L uong and N x Phuc,

Effect of pre-alloying condition on the bulk amorphous alloy

Ndf,oFej()Ali».

P r o cee d in g s o f the 16lh International W orkshop on Rare-Earth M agn ets and

T heir A p p lica tio n s S endai, Japan Sept 2 0 0 0 , pp 4 7 5 -4 8 2

f R e s u lts o f e d u c a tio n : 1 PhD student is d o in g th e s is ’s w ork and 1 student has

d e íe n d e d the B S c th e sis vvith subject related to the project

7

X Á C N H Ậ N C Ủ A BA N C H Ú N H IỆ M KHOA CHU TRÌ ĐỂ TAI

C Á C C Ô N G T R ÌN H K H O A H Ọ C Đ Ã C Ô N G B ố

UẠi HỌC ũũũễ LiiA H nroi

'/ 1 ETNAM NATIONAL UNIYERSm, HAMCI

• IINKH - ĨRỮỜNR OIIKIIĨN, ngAnii VÂT ữ |'*-1 onn

S y n ílic s is , s tr u c lu r a l 2111(1 im ig iic lic p r o p c r tic s ol nnvel ĩiỉi 1(1

Iiiíignctic Y 3F c 2!> rỉVI.r com pom icỉs (M = C r, V, i\lf>)

1’linm M o n g Q t í a n g , N g u y c n H o a n g L u o n g , D o T h i K i m A n h a n d N g i i y c n l lic l l i c n

CiỵnỊỊcnic ỉ.ahoralory, l ‘'aciilly ()f rtiysics, Univerxity <)f S c ìd n r

VO NỊỊiiyett Trai T lin n lì X ikìiì , llũ iio i.

Míío c á o Irìnli hi'iy c ổ n g iiịiliỌ cl i ố l ạ o vì\ kốl (|ii;ì ngliiCn cúti vò C.ÍII l n i c linli Iho

v;'i lính cliííì lừ cùn ‘cííc hạp chíĩl Y3r c „ t M r, với M = Cr, V, Mo NÀiti: ílẠ Irti irn

c t i í i Cr, V , , M o I ò11 Iircr! I X = 4 , 3 5 ; 2 , 1 8 ; 0 , 9 6 0 c í í c M i í t t v ớ i I I À I1ỊỈ <IA I l i í i i

li.in như c h i ch ứ a m ộ l |)hn c h ín h c ổ cííit In ic đ ơ n lìl ( iiK in o c l in ic ) 1'Kti M i l M I ' i

I i0.IIu m à u Y , R - W , V t M/.nìú pha c liín li 1 : 2 9 c ò n cổ mỌI lượm; nh ò í : ! , ’ C ;ir

p h ép (1 ( 1 lờ n liiộ l cin d ư ợ c lliự c lú C n ( 10 1 1 c ;íc inà u IKIV Iro n p k h d íìiiỊi tiliiv i 1 lọ ' <r T ì K

(lốn Iiỏ ii n h iọ i (lộ C-11 rit: I lọ srt In rờ n p Ira o (lò i /)|.r |V (lượ c x ííc (lịn h (ir r.iíi (• i n liii' 1

c r y s t íillo g r n p liic «111(1 m n g n c lic p r o p e r t ie s in v ic w o f t h c ir p o t c n lin l n? Im iíl n irụ vií-ir'

m n lc rin ls In tliis w o ik , w e r c p o r t s u c li a stu cly 011 s o m e V j ( F e M);«1 \ <: V

i-Iio ii-m n g n c t ic c lc m c n t , the m n g n e tic p r o p e r lie s o f tI1C5C c o n ip o m u l' I I r C"VCM1C'I lu

tin n silio ii-m e ln l c o iis lit iie n t s o n ly

2 1'’ X f »t*ri IIICII ( :i I

V il:C’ 0 , M , n im p m im ls \villi r - 'I 0 9 4 2 2 , ' U 5 ‘1 '18 nn«l •• 'í I 1(11 M • C i ‘ ’ ’ !"

ítrid 2 11 loi M “ V; V - 0 Rf\ 0.06 mui I 02 loi M - Mn \vetc I’I<■ p.'tr (■'I licm ’’!!>f 1 I | I■ ■

d r m c n l s IISÌM!; nu nr <zr>ii-nrc m d l i n n lc c liiii( |u c T h e s n m |)lc~ u n e Mi ' i m r r I m

! rlíìy MI1I.I Ihcii (Ị Hdi cl i r d in w n ! c r T h e a y s l n l s d t i r l u K ’ and nnnlv^i': " (' I■ I -11r <■'!

'.viIh X - r n y ( l i í l r n c l i r n i ( X R D ) Iisiiii; ;1 C u - K „ m d i n l i o n X R H | i ; i l l c m s ' v n r 1 ■iKn n OM ItniS

n s - p i c p r i i c d niuỉ m n ụ n c t i c n l l y n l i g n c d p o \ v t l e r ‘ĩ í i m p l e s

I I,c llic n n m n n u n c ỉì'; n iin ly sis f l ’M À ) ('tir vcrí \V'-!C im-MSinC'l 'MI :m ■:Ir; 1 • I:'> 1

m n n i i c l d i n c l c i in nII ; i p p ỉ i c t l l ì c l d (li I l<(Jc 11 l c m p c i n t u i í ’" I:irit:irifĩ l ì n t t i 11 K !•' Iilinv-' h i ’

C u r i c l c m p c r a l u r o

()H

IINKH - TRƯỜNG DHKimr, NOÃN!! vạt l f (*-199RT

J K c s t i K s : u i ( l ( l i s c l i s s i n n

tíic n n o in n e n c t ic ntiíilysis s h o w thíit nll

snm ples •.vit.il M = Cr nnd Mo are o f

rũ n g le p lia s c , w h ic h lia v e tlie

m o n o c l i n i c N < I ị ( F c T ì )29- l y p e

slM ictm c wliilc tho snmplc Y?(F c.V) 79

Imvc tlic J 29 plmse as tlie main phnsc

'vitli ,1 little am ount o f ! : I2 pliase

I:rtr nll com poiintls,' tho X-rny

(lilìVactiou liave been perform ed on

m n đ o m nncỉ i ní i Ị ỉ i i ct i cnl l y - i l i a n cd

povvder saniples The resnlts o f our

X -iny đ iíĩrn ctio n and TMA sttiflics

icvenled tliat the best ainotig samplcs

invcsỉiqatod nri; wiili X - 4.35 2.18

nnd 0.9^1 fbr C r-, V- nnd Mo-

The X-rĩiy cliíTraction pnttern.1; o f

s',ìFei 4 r,5C r4 15 are shovvn in Fig I ,1S

an ex am ple T he TM A curvns o f ttiese

lỉu e e sam ples are show n in Fig.2

20 (!)cf*» rc)

20 ff)«*prcc)

lriq I: X -r.lv (lilTrnctioii píillcni<; of YjFcn ,Ị-(,r, ,5 .illnv

poivdcr (.1) nnd mngneticnllv ilÌEn cd (\nỵ 11> )

ỉn case o f aligned povvder saniple

Ị,’I1C can sce íro m Fig I tli.1t the íĩiost

intense peak is (402) vvlìich belongs to the a-b plane n f thc Cn(.'u? - !vpc ■imctiii!.'

s i ig g e s t in g Í1I1 en sy |)lane ch aracter o f the iron m a m ieto cry stn H in c nnisotrppv •Aiili 1

|)rcfercfitinl [ 2 0 1 1 nxis witliin tliis plnne Tliis c h a ra c ter is cmnmoM for thc cnr,cs í’t' M - V

TUTEN TẠPCAC CONG ĨỈ1INH KHOA HỌC ~ HNKIĨ• ĩmrỜNGDIỉkÌỉVmÍ nĩĩANIPvffrỉtÍm?

T h e c r y s t a llo g r n p liic (In la o n t h c Y i ( [ re , M ) 29 c o in p o u n c ls is lis t c il in l'iil) lc I I lic s c

r c s n l ls a r c in g o o t l a g r c c m c u l w i ( l i t lio s c r c p o r l c d b y o t lic r g r n ữ p s [5-71

A s is SCCII in l; i g 2, l l i c (la tn f o r ( l i c V - c o n t n iiiin g s a m p lc c x h i li i t s t\v<) l i n n s i i i n n ': , n n c nrmiiul 450 K and nnọtlicr nt nbout 550 K wl)ich nrc typicnl for 1 lic 3 29 nncl 1 1 2 pltascí:, rcspcclivcly The M n- and C i-conlninin(ỉ snm plcs sliow clcm ly ;i shai 1» li;nisili(iii ;ii iltniti

KiO-.IRO K T l i c s c I c s u l l s ■ n r e in n g r c e m c n l w i l h (lic i c s u l l s ( I c d i K c d IÌOIII llic XI M'

cxpciimcnls 011 llic plinsc purily o f tlic ns-|MC|i;iiC(l snmplcs T he CiMÍe Icmpci Itinir;

ilclcrmincd from lliesc curvcs arc also lislcil in Tablc I.

Tablc ! Ciystíillogrnpliic clnla aiul mngiiclic propcrlics (>r Y*lr(>>.r M, com|Kiim(ls

-( M u /Mu)

Y H 7 V? I I I 10.605 R -H2 0.6 7 0 97 1 «59 ^ ^0 '> 1

l' i|ỉ 2: ;is :i riiiiclion (lí llic k Mi|ii;i:ilinc

for llic (liCVirnt v , ( l c M); o

• L í/1 3 kkf r, Ịr<t ' 'n o

100

lUĩtN l«K unu uunu imnii niiuit IIUU HNKII - TRƯỜNG OIIKHTN, ngành VẠt LỶ gnn?

Tlie í'e -l:e cxchaim e inleraction in the Y j(F e,M )jo systeins can bc <lcd(icc'l (H'm tlir

C urie te m p c ra lm e III llic m olecular íielcl ap p ro x im atio n , tlie (;c-F c cxclinnuc itiici ncim n

co críicient //te-1-c 011 Fe sublattice is given by:

n rc -l e = Tfr / Crc

C u ± 'í N rj \ s ’+ n V / V<B

w here Tvr is th e F e-stiblntlice o rd erín g tem peraU i/e and Tĩt - Tc for Y j(F ẹM )ĩ9 is liu-

lỉ()lt z m a n n c o n s la n t In tliis (b rtm tla C fc is t h e C u r ie co n stn n t ọ f llie F c - s u h l: illic c AV._ ic

llic m m ib er o f l7e a tò m s per unit v o ln m e T h e term 2(.v (,v *-1) J1/7 y/n is • l>c c ll e c t i y ẹ

m ngnctic m om ent o f llie Fe alom s in the pnrnm agnctic Statẹ Fnr Fc iu H i ỉ l t M ) ; , com poim ds, thc vnlue o f 2{.S'"(.S’ -H )]l/2-//n is (nken ns 3 5//I1 011 the bnsis n f n m m p n iiso n

o l'llic pnrnmngnelic susceplibilily o f relntcd R-Fc compcnincls (RTc?, RFrc» nncl n,.írc17) 'Ve

(lciived = 5 7 T-f.il.///n íbr YiFrệir.sCr.1 n, HựcTc = 4.8 T r 11//hì fí>r Y3FC7RIIriVtoor.1 ;nul

- 6 I 1T.Ụ///H Toi Y iỉ'e7r, R7V7ts

l l c í c i C I I C C S

1 P u m in i’ Y a riụ , B N n s iín jilc g n í, lỉu n v o n e l ’ nn, lin n ẹ li W a n e R m v c n 7.lin o n < '|iin II11

Y izhong W ang, Ilongsliuo Li, J M C nđognn, Ị M aen Mnụn M ntcr l ( Ion t ) 2<">R

2 (.’ I) P nerst, r I 7, 1’inkci I011, J F ỉlr t s t , J Mayiị Mnmt M alcr !2n M ‘, a U I I I '

1 o K a l o g i r m i , V Ps ycl i ar i s M CJj0 1<n a n d Ị) Ni nrcl tos J Mạun Mmịỉii M n i n 117

( 1 9 9 5 ) L 7

•I I l o iií ịg c l ’ nn, f: u m m u Y rm ụ C h a n u p in ( hon N in ẹ 1.1 1)1! X in lc M ii H a n lin n li u am;

.li ln n l l u , K a i w e : t Z h m i , R m v e n 7 !in o, Q i d n n e VVnnc Solicí S(;itP C’o m m u i i i c ' i lH in r,tĩ ( 1 0 0 6 ) 2 5 9

s Y c V S Iic Ik m b íik o v n , ( I V Iv rin o v n , ( Ỉ M M n k n t o v n V e V M r l í i7 c im

A s lĩmiplenkọ 1 Mnmi Mntĩii Míiler I‘10 (1995) IQOO

• INI u n u UUIIU i n m n nn uH n y u HNKH - TRUỜNQ DHKHTNt NGÀNH VẬT LÝ (4-1998

\ Ị '

4 f - 3 d e x c h á n g e in t e r n c t i o n s in th e R F e t2.*A s c o m p o ii m ls

Nguyỗn Dirc Tilii, N g u y ín Ilíru U úc, N£uyỗn lỉoíUip Lirưng 1’linm llò n p Ọiinnp

CrynỉỊenic Labnvatory, F a cu lty ofP ltvxics, VNƯ, Ht) Nội.

Cường (lộ cùa tương lác trao đổi 4f-3d (A Rr) Irong các hợp chíít R F c,2 ,A , với /\ = V, li,

Si dã dược xác định từ giá trị thực nghiệm cùa nhiệt dộ Curie Nhạn ihííy vầng A R r phu tliuỌc m ạnh vào nguyên tố tliay Ihế A RT có gía Irị lớn nhất với hợp chất có A = V, Ti, giàm di khi A = Si và có giá trị nhỏ nliất trong các hợp chíĩt điển kẽ R ( r c ,T i) I?C,,

R (F e ,T i)|2Nx Ành hường của sự lai hoá 3d-p lên sự thay dổi cưừng clọ tươne lác clã dược Ihào luận

Invesligation of m agnetism nnđ intersublnltice cxclinnge intcraclions in llic rntc-

e a r f h ( R ) - h e a v y t r a n s i t i o n - m e t a l ( H T = F e , C o , Ni ) i n t e r m c t a l l i c c o m p o n n c i s liíis r e c e n t l v

heen Ihe subject of the m any funclamental as weil as technoloẹicnl stmiies Scvernl

s y s te m a lic Irends sucli ns Ihe vnriation o f (lie 3d m a g n ctic m o m en ts ;m<) Ilic strcn g lh o f Ihc

4T-3H intciaclinns with rnre-enrlh nnd trnnsition-metnl ĩinltire nnd wifli thc rnre-enrth concenlration hĩive hcen foufid [1, 2] For ttie lernary compotiruls stich as G(!mC onBk 111(1 Gcl(Co,A l)5, in adđilion, the role o f Ihe 3(l-p hybric)ization on <he 4r-3f! exchnnpc

iĩile ia c t io n s linvc a lso h ccn rcportcci 1 1, ? ] III lliis pnpcr, in o u ic r 1(1 vciiTv lliis ptoM c-m

we present Ihe resulls o f our study OI1 llic vnrinlion o f Ihe strengtli of (hc internetions

in the R F e l2.xAr (A = V, Ti, Si) and R (F e ,T i)|2C , , R (F e,T i)l2Nj compoiinđs

Tlié inlersnblnllicc cxchanpe coupling Ịiaram elcr ART was evnlunlcđ liv 'ising llic same

method as in previous works [1-41 :

(Artf/kn) = 9(Tc-Tr)(Tc- rT)/4 ZRTZTR GrGt (1)

H c r e T c is tlic C u r i c l e t n p e r n l t i r c , T u a n d T t r c p r c s c n t !he c o n l r i l i u l i o n In T r (l uc lo R R

a n d T - T i n t e r a c t i o n s r e s p e c t i v e l y F o r all s e r i c s n f c o m p o u n d s , T,5 w as ( l e t c i m i n c d (Yom T'c o f G c l N i 2 ( = 7 5 K) niul T t w n s t a k e n ns tlie T c n f tlie L u í o r Y ) - c ( ' t n p o i m d s r i n a l l y , Z RT ( r e s p e c t i v e i y 7,,-r) is Ihe n u m h e r o f T ( R ) n e i g h b o u r s to o n e R ( T ) n t o m Tli c v n l u e o f 7,RT nncl 7.m is g i v e n in [ I]- G R= ( g R- 1)2.ỉ(.r+l ) is t he d e G e n n e s f n c t o r for R: Cỉr - p cfr is

llie T- effective parnm agnetic m om ent, givcn by assum ing that the rnlio behveen pcff nnd

rnngổ fr o m 7 7 K to 7 0 0 tc T h ổ v n lũ e í o f ih e C uH e (em perature (T r ) nnđ la ltic c cnnstanl5!

(n, c) o f the sam plcs nre given in T able 1 N ote lliat the lĩittice conslatit clighlly iĩtcrcnscs vvilli increasing Si coitcentration, w herens the orderỉng lem peralurc ticcrenscs

9,7

HNKH - THƯỜNG ĐHKHĨN, NGÀNH VẬT lý ('4-1998)

T able 1 Tlie valucs o f llie laltice constanls (a, c) and Curie lcnipcrnlm c (T f) for Ilic

G d(Fc12.xSiT) and Y (F e |2.xSij) compouncl.s

By mcans of eq (1), llie G d-Fe exchange-coupling param eler vvns evalualcci for tlir

G d F e |2.xAx (A= V, Ti, Si) and G d (F e,T i)12C7, Gcl(Fe,Ti)i2N x com pom uls 'The olMnincil ìesults are presentcd in Table 2 It is clearly seen thnt A0rtre ciccrcnscs with incrcMsmp Si concenlralion in Ihc R F C |2.XSÌX c o m p o u n d s (see fig la) In nđclilion w c rincl nl s n Ilinl

AC{lre slrongly dcpcnds on substituted elem cnts The 4C-3cl cxciianpc iiilcrnclinns ;uc largest for thc compounds with A = Ti, V They decreĩise in the R P c |0Si-7 ( R = Gci Y) and

G il(F enT i)C , compounds and, rinally, have smnllest vnlue in (he inierstilinl

G đ (F e,T i)|2N, compounds Tliis behaviour is well evidenccd in rig 1H

Tablc 2 Tlie valucs of A(;,ire calculalecl hy mcnns of eq (1) fnr seveinl 1:12 compniimls.

thc sam c rolc on (he m a g n e lic b c h a v io u r in n[ 1 pseiKlobiriíii V i?- F c - Vf l i )

vv\-suggest Ihat lliis rcsult is nssocinletl willi tlie fnct tliat tlie iivhri(IÌ7nli(iii f'ct\vccn '>I(U) ;in<ì

?c!( V, Ti ) sl al es is s t r o n g l y r e d u c e d a s s l i o w n h y llie non-e.xislcncc o f : ; ' m p n u i i ( U h f t w c c i ’

R and V(Ti) elemcnts A cliiect consequcnce is thai in G<J-Fc-V(Ti) cnni|Mi»inls mntc 5o clcclrons can parlicipate the 5 d-3d(F e) hybriclization, Ilius lcnđinp 1(1 Ihc olvccivcd increa.sc in llic R-Fe coupling In agreem ent w ith C am pbeirs mođcl 15 1 Irenlinc rnre cm ths

as the early transition m etals, the observed enhancem ent o f ACdP< can bc unclci slnitđnhle ns the ralio o f [G(l + (Ti)J/Pc incrcases Im a rcccnt work, C lidkm vskii cl ;il Ịf)| linvc calculatcci tlic eleclronic slructure for Ihe G d (A I|2.,A, ) 2 (A = V, Ti) sy sieim “Micỵ

83

• w i b i i I H I u i i b U U I 1 U Iiuiin M 1U H nụu - HNKH - TRƯỜNG DHKHTN, NGÀNH VẬT LÝ 14-19981

coupling between the 5d(R) and

3d(A ) m om ents is fíivonred The

3d(Fe)-3d(V , Ti) coiipling is then

antifeư om agnetic The present

exchange couplinE may relatc to

Ihis increase o f (lie number of the

oround the magnetic rare-eíirth

CM

[n a t e r n a r y o r a psei i dobi ní i r y ó

com poitnd, in vvhich a rnetalloid

AI, Si is included, tlie mechanism <

sliould involve tlie 3d-p and the 5d-

p hybridization Tlic rolc of (liese

hyhridizations has recenlly been

Inckled [3,11] Tlie decrease of

c n n c e n t m t i n n in the Gc^Co,,]?*

systcm suggests a decrense in the

3<l-5d liybridization due to Ihe

presence of llic 3d-p hybridizntion

A sim ilar phenomeiia was found in

the Systems vvitli A = AI [11], Si

[12] or interstitiai elements (C N)

(see table 2)

In c o n c l u d i n ẹ , we liave

stressed tliat the streneth of !he Gd-

Fc exchnnee internclions in the

1:12 com p ou n cls depends stron gly

OI1 tiie substituted elements The

r o l e of Ihe subs t i t ui ed e l e m e n t s ,

llms is not onlv to stabiise the 1 :1 2

pliase, but íiiso to modify the

TUYỂN TẠP các Công TRlNH khoa học - HNKH - TRƯỜNG ĐHKHTH NGÀNH VẬT LÝ (4-1998)

Iỉclcrcnccs

[1] N.H Duc, in: Haniibook on the Physics and Chemistrv of Rnre Enrths eci K.A Gschneidner and L Eyring, N orth-Holland, Amsterdam vol 24, Cliap 163 1997

p.3-38.

[2] M.s.s Brooks and D iohansson, in: Feirom agnetic Materials, ed K.H Í Btischovv,

North-Hollanú Amsterdam, vol 7, 1993.

[3] N.H Duc and D Givord, J Magn Magn M ater., 1951 (1995) L13

[4] N.H Duc, M.M Tan, N.D Tan, D Givord and J Teillet, J Magn Maen Mntcr

177-181 (1998) 1107.

[51 [.A Campbell J Phys., F2 (1972) L47

[6] G Chelkowska H Ufer, G Borsted, M Neumnnn, J Magn Mngn Matcr., 157-158

(1996) 719.

[7] Buschow, J Magn Magn Mater., 100 (1991) 79

[8] N.Đ Tân, Thesis o f M aster Degree (1996), ITIMS, HhNội

[9] z.w Li X z Zhou and A.H M orrish, J Phys : Condens Matter 4 í 1992) 10409

[10] z w Li, x z Zhou and A.H MoiTÍsh, J Phys : C ondens Matter 5 (1993) 3027

[11] c v Thang, N.H Duc, M.M Tan, N.p Thuy, H Bruck, J Magn Magn Mnter 177-

181 (1998), 819

[12] N.H Duc and T.K Oanh, J Phys : Condens M atter 9 (1997) 1585

85

IINKII - inưỞNG DIIKI1TH, NGÀNH VẬĨ LÝ í^-ioan

I

Ả n l i l i u ư n g c ủ a q u á t r ì n h n i l r i d e h o á l ê n t í n h c h ấ t l ù c u n h ệ Ỉ1ỰỊ)

cliìít R(Ire,C o )luIYIo? (K = Y và Iĩr)

Vii T h ế I-liổn", Nịitiyõn Plití Thùy'1'1’, Lim TuíTn Tài"'1', Chii Vỉin Thắng1’, 1.0 Đức Tùng1’

* Khoa Vật /ý Tnrờn/Ị Dại Học Khoa học Tư Iiliiên, D /IQ C Hù nội.

” TriintỊ lâm Qiiởc té'Đào lạo vc Khoa học Vật liệu (ITIM S).

T ho in ílu c n c c o f Iho nilroỊỉCiintmn ỊMOCCSS OM llic R (F c ,C o )mM<>; cnm|>(nmđs (R = Y ,111(1 f í i )

w;is sltiilicil in lliis phpcr The mliocennlion icsults in an iiicrcii.sc of llic Inllicc cnnsiimls,

m a in ly in Ihe biisiil plnno N ilrogcnalioii cnliiinccs nlso llic C m ic lc m p c iiilin c A ddilÌDtiiilly llic r u iiiío r c in g o f Iho 3(1 uniaxinỊ nnisolm py Wiis n lso o h sc r v a l 'Hic ĩin isolrop y co m Ịiclilio ii

h c l v v c c n I h o R 1 3 s u h l i i l l i c c n n i l I h c I n m s i l i o n - m e l a l ( F c ) s u l i t n l l i c c i s l l i c I CMSOI I 1)1’ I h c S ' | i i n ICOI ie n la lio n tm n.sÌỊÌon in IZjFC|(|M <i2c(iinp()iiiH l.

• M '^y^-rinh Ihỏ lứ g iá c khơiig gian bao gôm ch ổn g chộp những lớp khác nh;ui I.-ỊO diếu kiện IhníỊii lại

cho Ịhíiy Ihố vi\ iliổn Ị<ẽ mội số Iiguyỏn lừ lạ và do ilổ (lân (.1ỐI1 sự Ihiiy doi cà vó (ínli cliíll iinli Ihò IÃI1 lính cỊiííl lừ cùa ỵ.ỊỊ tiồu nhữ nhici ilộ chtiyổn pha 7V, ilị hướng lừ, vv

Nam 1990, Coey va cộng sự [ 1 ] dã Ihànli cững Irong viCc dưa mội hnrng nilơ vìió’ hợp chiíl

2 : 17 ờ cliing cliôn kẽ, cài lliiữn cláiiỊỊ kd tính chííl liVcùa he liợp chííl 2:17, làuLliinẹ, ni.-niit nliiội

tlỏ d n iy ò ii phi! sắt lừ Curic r c v;\ dặc biỉỊ! ở mộl số hợp chát (lã xuấl hiỌii (lị hướiiỊ: lừ don Irụr

lai Iihiọi (lộ p h ò n g mìl liv ớ c d ổ, klũ chưa Iiilriilo !ioá, c ổ ilị huứng m ậl Ịihmig Nilridi: ỈKKÍ tin

mớ ra Iriổii vọnp ứng clụnp họ víll liộti 2:17 Irong cliố lạo n;im cliAin vTnli cừu Tiếp sư ph.íl liiỌn cùa Cocy, mội loại cdc Iighiiln cứu vó mih h irừ iic ủ :i (|ii;í liìnli (.lióii kẽ ci!;i c.u

Iiguyiln lừ n ilơ ICn họ vại liCu c ổ clíu Irúc linh llid T liM n ,2 (.lã dược liC '11 híinli.

Iiilritlo lit);í, các m.ìu liộl ròi (Urực (.lụiiỊi Im ng mội ;impiil liứ, (lãi Iiuiiị: Iùiiị: miM UMỊ‘

llié p khi^m : ri, nùi vói m ộl lió n i đ iíln klirtiiịi ví> inỌl IIỊỊUÁII k h í Iiilo ( lliio i l)ị n iliit lc liciií) Sim

1(16

ỈUỲỂN tẠp ữAc công TnỈNii KỈIOA HỌC - IINKII - TnưỞMG DIIKIITN, NRÀNH v ã ĩ lý (4-1 gom

khi liúl cliíln klifìnf; liộ n iíu iltrực nạp khí nilơ có áp suííl lkp/cni , khf lùiy được h:ty Itni !ừ I I Iiilơ lòng và (.lược sííy nóng, lăm sạch Irước khi ilưn vào IniổMỊỊ IIIÍII.Tliời r.inn nilriilc liníí lù ’

pliu<niị> phííp cliĩ nCu Irốn.

C.Yic mflu khối, IjỌI rời vh mflu hột ilịnli luiớng dược do IrOn hộ (1(1 lừ nliici [21 nhằm x í í c (linh ,nliici dọ Curie, Iiiiici ùọ (áiđ ịn li hướng spin, momcnl lừ liiicỉ hoi\, (lị lurớng lừ cĩi;i vìỊI liộti

C í í u I r ú c l i n h l l i ỏ v h c ứ c h ằ i i p s đ m ạ n g t l ư ự c x á c i l ị n h b ; ì i i E p h ư ơ n g p h í í p R ơ n u h i - t i 17 |.

\)<s\ vói c ổ c inAu (iã dư ợc n ilrid c Iioá, cííc phép c!o và pliAn lícli lươnp lự nlur vói míiu liộl mi

và học clịuii lurớng Iruớc khi n ilrid e lioá.

.1 K ố l ( |» à v à l l ià n lu â n

Mình 1 lh d ư ờng c o n g từ niiiộl cùa iniUi Y F c 2C os M c ) j (a ) Ví \ Y Fc;C ««M (>;N ( h ) dư ợ c ilirn I :i Ihm v í dụ Sự girtiiỊỊ nhau ciìii liọ cá c ilưÒMg lừ nhiỌ! cùa cííc niAu là (lOn m ỏ i (lườiiỊỊ ch i X1I.1I liiCu m ội chuyC irplia d u y nhất (cliuydn pha từ lliuộn lừ s a n g sắl lừ) ch ứ n g lò eííc m ãn đii d\ô' lạo là clcíu plin.

C á c kố ( q u à cù a plidp' phíln tích R ơ n gh en c ũ n g k h ẳ n g d ịn h Iru ú c và sau n iliic lc lio á e;íc

IIIĂU lí\ đem pha vói cííu trúc linh lliổ dạng T hM ri|2 Sau khi nilricle lioíí k h ổ n g lliííy tạn pha

Ơ.-Pc K í ( q u ả vể T c Irôn b à n g I .'iự iniig T (:([ược gini t h í c h n h ư sau: dưới ả n h htrừnJỊ cùii 0 11?» Irìiili n i l r ú l c hoá_sjjL£Ìãn ổ m ạ n g xẬy ra vì> lịọ d ỏ d ã n lưỉ s ự Ihay dổ i l ư ơ n g lác Fc- Fe_j 3j V íj

liưứng lừ Ịăng Trên bàng 1 còn có k íl C]uả phAn lích Rơnglien Irôn cííc m íu In rức và Sitii

Iiilric lc h o íí So Siínli vnti n hữ ng nphiCn cứu cùa K o u và c ộ n g sự [4 | có sự p lù i hợp k11 :í Irtl C ó iliô Ih ííy lũ sự lã n g cư íntp cù a c á c liần p srt m ạn g n, c d o q u á Ir ìn li (lic.il k c ÍJ:ui[!~xA' n (n 11Ị1

m ạnh Im n g khi c lặng íl <’j I.ÍÍI cà cá c màu kliào sái ch o lliííy sự giãn m ạng cliii yếu Xí 1 y rn Irnnp niịìl Ịiliầnp (liíy.

Kổl (]UÙ pli.On lích R ơn gh cn liCn m.ĩn liộl (.lịnh hướng Iruớc v à s n u n iliiclc Imá lltd liiộn (lủ:-!

Iiình 2 (c vì\ li) N iìritic lioá k liổn g !<\111 lliny drti sự clịnli hướng cũ;t m om cn l Jù của 111.011 ri ni

IIỈIÌỌI dô phòng, các iiiĂu ngliiỏn cứu dCu tliổ liiôn lính (lị hướng d(»n Irục./ ^ °° (!f' : r ' lu

C:ìc kốl (|iià IrCn cũ n g k h ẳn g ilịnh rằnp : kliííc với sự Ihay lliố (stiiislilu lio n ), IIOIIỊÍ tl() ri

iipuyOn lử dưực cliííi vào vị trí niíl Irưức d ó tluiộc vé m ột nguyCri lử kliiic, irdHỊ> (|Mií frình (iirn

kũ (in lci sliliíil p m c c ss) c á c n gu yổii lử dư ợ c tlưn v;\o k luiàng Ii Ốpị; giữn c á c ion R vìi T V c !’;:ÍI cấu Iníc linh Ihd, sự tlién kc k liôn g lì\m lliay d ổi cấu Iníc han clÃu của vạt liệu , Iilurng nó !.'m Ịiiiin I t i ạ n l i n h llid và (lo cln kdo llico sự lliay tlổi línli cliấl lừ cùa vỌI liệu 5)0 với sự Ihiiv !!iố

sự líHip lliổ lícli ữ mạng gAy bời quá trình ctiổn kẽ llnrờng lứn liưn, cỡ 6.2 - R% ờ 2:17 vh 2.? -

2 ,5% ờ 1:12 Sự liing:lliổ lích này kiiổnp chỉ ịiliụ lliuỌc vào liiộu quà cùa CỊIIÍÍ (rình nilrk lc hoá

mỉi còn |)liụ lliu ộ c loại d í l liiếm c ó m ậl Irnng thhnli pliÀn m<lu [5 |.

TUYỂN TẬP CÁC CÔNG ĩnỈNll KHOA HỌC - IINKII - ĩnưỬNG DIIKIITM, NGÀNH VẬĨ lý ('4-1998)

lììn li 2 Ciiiin dò j)hAn 'lích litín-Ịĩlicn Irữn mÃu M l rời ỉn rúc (n) vỉi s;m (li) khi niliide ln>;í

và màu bọiiilịiih hưứng (Itrỏc (c) vìl sau (đ) khi nilriilc lioá cho mÃu YI:c2Co<ịMo,

liiìnp ỉ: Ciíc línli cli.1l lừ vù linh (liổ học ùi:t V.ỊI Iiộu Vĩ :c m.xC'oxNlop v;ì l 'i l 7C | | ) M i i ; lnrớc v ì

.sau khi Iiilrũle h<í;i.

C h iin iỊ tôi xin ctìin ơn i ! í tà i t:ơ bân K T -0 4 Ilã ròi trự một phán.

ĨUYEN TẠP CAC CÕNíì ĩnlNII KllOA học IINKII - ĩnưỞNG DIIKIIĨN, ngAnii vẠt lý ('1-199n)

T à i liỌ u I h u m U h iio :

111 .1 M Dc Coey ;1I1(I Y Oliini, J Mnp Soc, Japnn, Vol 15, N°3 ( 19 9 1) |)Í)77-ÍÍH4

12 1 Lưu Tuíín Thi, luẠn án IT S T o á n Lý, Đ1ITH HN.1990 t r 39-42, 49

í 31 M Jmc7.yk mui 0 D Chistjnkov, J Magn Magn Mnlcr 82 (1989), |) 239-242

|4| X c K o u , R G r õ s s in g e r , G W ic s in g c r , J I ’ L iu , F R (!c B o c r, I K l e i n c i ii o i h

íincl II K m m nUllcr, lo bc publislicil in Pliys Rcv n

151 li T om ey, o Isnaal, A Fag;in, c Dcsmoulins, .s Minglia, 1 L .Sotibcymux ;nul

D P iucliail, J All Coinp., 191 (1993), p 233-238

Fpọd S c ie n c e a n d T echn ology f .; Ị â r a & ịỹ g lg g l

N on -C òn ven tioh ái Energy ' •’ '

Marine S c ie n c e

’ „ r - _ , ^ , 6 »V V 5 ■ :

- - -.- - Jfị^2 ỉiẩ& r

M A T E R IA L S S C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y C O N F E R E N C E

RARE-EARTH LNTERiMETALLIC COM POUNDS

Nguyên Homig Luong Cryogenic Laboratory Facuity o f Physics Hanoi National Universitv

90 Nguyên Trni Tlmnli Xuan Hanoi Vicínnm

T h e r a r e - e a r t i i in te rm e ta llic c o in p o u n d s n re n o t o n ly in te rc s tm g fro n i fim d n m c iit.il p o in t o f VIC'.V b u t

nlso iiiiportant for appiications Li this report Ihe masnetic p r o p e m e s 0 1 S 2 ' srai rnre sartli - iransition

metal ccmpounds are discussed Attention is íocused on the errect of cn sulline electnc nsid ÚI soms compounds discussed as \vell as cn thỉ novel 3.29 mameác materinls

1 Iiitro d u c tio n

The rare earth (R) - transition metal (T) compounds form a wide class of maanetic materials These compounds are the most important sroup o f the intermetaỉlic compounds because o f favourable properties associated vvitli the R elements and the 3d elements ln manv cases these compounds served as ideal testina sround for manv theories and models These com pounds have led to imponant applications especiaily as permanent masnets This is because some R-T compounds possess a hicn saturation magnetization, a hish Curie tem perature and larse maanetocrystalline anisotropy I_n general in R-T compounds the T com ponents are responsible for the ma2netization and the maanetic orderinc temperature andthe R elemẹnts provide the magnetic anisotropy Perrnnnent maanets liave becomeindispensable components in modern technolony Tliev play an imoortant role in maiiv electroniechanical ns vvell as electronic devices used in domestic and professiona! appiiances

In information technolosv, the applications of rare-earth maanetic matsrials are continuousiy

a r o w i n a T h e r e í o r e , t he r a r e - e a r t h intermetaliic c o m p o u n d s ?.rs t h e s u b i e c t : f e x t e n s i v e

i n v es t i a a t i oR S In this r e c c n '-ve ả i s c u s s t h e m a c n e t i c o r o p e n i e s o f s e v e r a i R - T I n t e n n e t a i l i c compounds

The m aanetic proDerties o f the R-T intermetallic compounds are soverned b\ :hejn:eroiav

b e t \ v e e n c r v s t a l l m e f e ù t r i c t i e l d <CE FV a n d e x c h a n e ẹ i n t e r a c t i c n s T h e o r i g i n o f t h e C E F is

t h e e i e c t r o s t a t i c m t e n c t i c n 0f t h e a s p h e r i c a i o r b i t a i o ỉ 4 f e l e c t r o n s o f i l i o n s vvitÍỊ t h e e i e c t r i c rìeld o f t h e s u r r o u n d i p g \vhicl i is a l s o a s p i i e r i c a l A m o n s t h e d i í ĩ e r e n t t v p e s o í a n i s c t r o p v ' h e

m aanetocrvstalline anisotropv orisinatina from the CEF is domi"cin: [ri 'his repcn ?.t:er.:ion

is f o c u s e d o n t h e e t ĩ e c r c f C E F :n s c m e R - T c o m p o u : i c i s d i s c u s s e đ ?.5 ■ ve!! ?.s cr riie si

r i m g n e t i c !!iatei'ials

2 RCti; com ponm ls

A n i o n s t h e r n r e - e a r t h :n t e : • : etniiic c c m p o u n c i s t i i ĩ R T ’ •Alt:: :i’.e c u b i c L r v e s p i : r ? s

s t r u c r u r e i i a v e b e e n icieiv >ti:d:eri in r he p a ? t d e c a c i e s Ini ti ai l v ỉes ? r : : e : : : i c p h?.s b e e n p a i d to llic H C t i ’ cc MuptuiiKỈs ;ilic: tÍ1C iir c s í i u n i i o u s pc : !V' :i 'c: i L" Stic: ■■■■ ooc: e: ni[ 1 ] In 1 9 8 0 '.ve lia v e c l t o s e n ĩ h e s e : o m p c i : n c Ì 5 r b r S ĩ u d y T h e R C u ; : c : : : ọ o u n d - c r ô t a i ỉ i i e in (he ortliorhom bic CeCu; srructure Tiie mnunetic prope:ties c f tiisse compcuiKÌs me Imceiv níĩecred by the CEF eíTec: The ir.acnslic orderiii" temperatures in the RCi!; compounds nre ly\v and CHI; and exclianas interactions can be studied bv varvina temperature and/or

m asnetic (leld ưnlike the R„T„, compounds where T is a maanetic trnnsition metal, 4 f mnsnetism cnn be investrénted in llie RCtb compoụnds wirhot.It distuihiiic eíĩects o f the d magnetism Results o f niaanetovolume e.xpeiimeiits 011 GdCu: nnd I ’b C u ; linve beer reported

in [2] SpeciSc heat and thermai expansion measurements on the heavy R Cu2 com pounds [3]

reveal a large number o f magneúc iransitions below the N éei tem perature, Ts, thai onlv panly

have been observed before In addition, L uona et al [3] observed broad Shottky-type anomaiies beiow and above 7k that never been reported so far in these com pounds D unnn the last decade substantial proeress has been achieved in the study o f The m aaneúc propem es

o f th e R C u ĩ com p ou n d s It tu m s o u t to be o f considerable interest to carry o u t in a sy stem a tic

way investigaúons o f the phvsical properties within isostructurai senes aeneraied bv the

vanous rare-earth eiements The m asnetic propenies o ĩ the RCu2 com pounds are revievved by Luong and Franse [4] This revievv sives a systematic discussion or' the R Cu2 com pounds

w here R = Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, E r and Tm Bv com panns different com pounds with the same crystallographic stm cture, Luong and Franse [4] have pointed o u t that the

second-order CEF coeÊBcients A® and A Ĩ for the RCu2 com pounds have the same sign and are o f the same order o f magmtude At the same time, there is no reason vvhy hish er-o rd er CEF parameters should be negiected Full set o f nrne CEF param eters have been taken into account m the anaivsis o f experimental data o f ErC u2 [5]

One o f the features o f the R C u2 com pounds is that the values o f the Néei tem perature for

these compounds are not simply proportional to the de Gennes factor (gi - 1) J { J - 1) and

reach a maximum for TbCu2 This fact suggests that the R uderm an-K ittel-K asuya-Y osida (RKKY) interaction alone is not suÊBcient to íìilly understand the masnenc interactions in the RCu?

compounds In spite of a suòstanual progress m the studv o f the magnenc propem es o i the RCib

compounds, the above-mentioned exception to the de Gennes rule remained unexplamec

We have períbrmed caiculations in order to expíain the anomaious òenavior o i the Néel

tem perature o f the RCu2 com pounds (R = Tb-Tm) [6] Our calcuỉations are based on the model o fN o ak es and Shenoy [7] W hen considering onlỵ the exchanae Hamiitoruăn, the de Gennes rule can be denved in the simpie moiecular-field model: the rare-ean h atom Hamiltonian

(vvhere the 2 axis is deãned to be the ordered-moment axis and r the exchange aaram eter)

leads to an implicit equation for <Jz>, and the orderinợ tem perature is obtained ữ o m the srr.al!

<JZ> limit as: T q = 2T(gỉ - 1): J Ụ - 1) / 3

VVhen the CEF eíĩects are sigruíicant, the de Gennes behavior is not to be expected In this

case CEF Harrultonian should be added to the H tx c This leads to the following expression

for the ordenng ĩemperature:

where < J 2 (T 'i)>_" is the sxDectation value o f J : under the iníluence o f CEF H arrjỉtom an alone at the teTioerature T\\ The exchange parameter, r can be evaiuated from the o rd e n n a

tem perature o f the Gd com pound when modelling a series o f rare-ean h com pounđs because

Gd an L = '0 ion, is essentiaily unaíĩected by CEF

For calculatina values o f Ts o f the R C u2 compounds the expression (2) is used in '.vhich Ĩ M stands for Ty For evaluating r in these com pounds we ĩook r N(G dC u2) = r0 = 41 K [1,3,8]

In the coordinate system o f b = z, c = X and a = V, the orthorhom bic CEF H am iitom an o f 3 CeCii2-type o f structure is given by:

H cEP= B ? 0 ? + B | 0 § - B e o ? ^ B4: 0 ỉ + B4O4 - B6° 0 6 ° - B g O Ì - B ị o ị - 3 * 0 * (3)

50

where B™ are the CEF parame:ers and 0 “ the Stevens equivalent operators A i pointed out

bv Luong and Franse [4], iníormation abour the CEF interaction in R C u: is not corr.?le:s Up

till now, the íìiil set o f CEF parameters 1S available only for NdCu2 ErCu: and TmCu2

N evenheless, the two low est-order CEF param eters B ; and B Ỉ have been derrved for most

o f the RCii2 com pounds (see reĩ [4] and reíerences therein) In our caiculations we f.rs: used the tw o low est-order terms in the CEF Hairuiionian Vaiues for bS and 3 - -vere :aken for TbCuỉ, DyCuí and HoCu; from ref [9], for ErCu; from reí [10] and for TmCii' írom ref

[

11]-N eutron-diírraction study [12] showed that the magnenc raoments lie alons the a-axis below Tm in TbCu2 and DyCu2 and in the tem perature ranae 7 K < T < Ts in HcCu; The

m asnetic moments are parallei to the b-axis belovv Ts in ErCu2 and in the temperarare ranae

4.7 K < T < 7~n and at T < 3.1 K in TmCu2 as revealed from neutron-diữracnon me2surements

[12-14] The Tu values for ErCu; and TmCu2 were calculated directiy usins the CEF Hamiltonian (3) with only the two lowest-order terms For the RCu; compounds \vith R = Tb,

Dỵ and Ho we used the CEF Hamiltoman transíbrm ed in the new coordinaie system o i a = 2,

b = X, c = y as follows [15]:

t f CEF = n / 2 ) ( - B ị - B ; ) O S - ( 1 / 2 ) ( 3 B 5 - 3 5 ) 0 :

Table 1 Values for the crysĩalline-elecmc-fieid parameters

and the Néel temperamres in the heavy RCu: compounds

1 ^-r_ [si

* Neel temperarure preácted by the ùiil CEF Hamilioman

wiih the B™ sets ửom ref [10] and rcf [11] for ErCii; and

TmCu; respecável}

(-)

The caiculatec vaiues of -~s are compared \vith sxperirr.sntai data intable 1 As One can see ửom :his table, addition or“ CEF interacuonenhances T s over the cs Gennes values in the R C -: :omroup.ds.Moreover csdculanorõ rredic: :hat

:emperature, in mce asraemer.t '.vun expenmenis The caicuiared values

?or the Néel tem peraturss across the series are in good aareemen: witn e.xperimentaỉ ones Caicuiĩtior.s save the value 01 T ỵ for H cCu; >orr.e\vnat hiaher than One jb :i:n ec írom experimenis

We tried also to đerive the values

f o r t h e N é e l t e m p e r a : u r e o f E r C u - and TmCu; wi:h the rua 3~' se:

Thus the m aenetic ordering temperatures in the RCu: com pounđs can be expiamed by a

combination o f the RKKY inreraction and crystalline-electric-íield effects

3 R’F eu B com pounds

The outstanding permanent maanet with energỵ product o f 36 M G O e was discovered in

1984 based on a tem ary intermetallic compounds obtained by comòinine Nd Fe and B [19] Its íorm ula composition corresponds to N djFeuB In the tetragonal R 2F ei4B compounds, the

rare-earth suòlattice arusoưopy at room temperature is uniaxiai in the com pounds with rare-

earth elements for which the Stevens facior ữi is negative, while it is planar in the compounds

wixh rare-earth elements for whicn is positive In the compounds with Sm Er, Tm and Yb for which <Zj is positive, a competition between R and Fe sublattice am soưopies is expected and can lead to a spin reorientation Such reonentauons were observed in E rjFeuB , Tm2FewB and Yb2FeiJ3 In Sm2FeuB a spin reorientation has not been found N d2Fei4B undergoes a different type o f spin reorientation, namely from a conical to an axiai arranaement vvith increasing temperature

Luong et al [20] and Tai et al [21] have calculated the tem perature dependence o f the

com pounds (R = Nd, Sm, Er, Tm Yb) using a Hamiitoman o f a combined CEF and exchange

-rleid model Bv using this Hamiltonian withoniy a !owest-order CEF parameter B? we could perĩorm good ỖIS to the experimental rare-eanh amsotropy constants K| for Sm,

Er, and Tm compounds in 2 wide temperature

ranae and reproduce the correc: values of the spin reorientation tem peratures in these compour.ds and in Y b:FeiiB The temperaiure dependence o f K f r ;n Er;FeỊjB is piotted in Fig 1 as example In case R = Nd, two CEF parameters B Í and B Í are used The results

o f these calcuiations in combination wiih the data on the iron sublanice arisotrop\ enabis

temperatures in R: F eu 3 ••Mih R = Nd Er,

Tm, and Yb and to show that a spin reoner.tation is not expected in SmỊpe.iB

In the Crvogenic Laboratopv the Nd-Fe-B magnets have been m anufac:ured by povvđer metailursical treatments The e n e r s v product

u p t o 3 0 M G O e w a s o b t a i n e d

4 R T e n T i c o m p o i m d s

The intermetallic compounds o f the type RPenTi have been attracting ìnterest as potential peniianent magnet matenals These compounds crystallue m the T hM nu tetraeonal stm cture We have studied the spin recrientation in R i.,Y ,F e u Ti compounds with R - Nd Tb 3nd Dv ([23] and rererences therein) The spin reorientatiop m ứiese

and ìron arusoiropv constants K; in Er;Fỉ'.B

K pc has been taken from [ 2 2 ] -

62

com pounds is due to ihe compeiition o f the anisotropies bervveen R and Fe sublaưices The spin tem peratures for N di.xYxF eu Ti compounds and the tem perature dependence o f the

angie 9 (the angic o f the rare-carth sublattice rĩiaanetization with respect to the c-axis) rôr

Tbi.xY xF eu T i and Dyi.xYxF eu Ti compounds (oriented pow der samples) have been measured The experimental results were analvzed by using a Hamilionian o í a combined CEF and exchange-field model The CEF parameters have been chosen to â t the experimental resuits Nice agreement benveen calculations and experimenis has been obtained [23] Our results show that the studv o f spin reorientaúon phenomena in intermetallic compounds wi:h substituiion o f a non-magnetic rare earth for a magnetic one

is very useíiil in obtaining iníbrmation on CEF parameters This is panicuiariy valuable when data on sưiaie crystal are lackina

5 R3(F e ,M);9 com pounds

Recentiy, the discoverỵ of a novel type o f the rare-earth iron-rich intermetallic compounds, namely com pounds o f the Nd5(Fe,Ti)29-type (3:29) structure, has been reported [24] The

R;,(Fe,M)29 compounds (M = Ti, V, Cr, Mo, Mn, ) have then received much attention

because o f their potential as hard magnetic materials In case the Stabilizin2 element is Cr, in

1996 there were some mvestisations o f R;(Fe,Cr)29 with R = Nd, Ce, Sm In order to extend the list o f the 3:29 compounds, Luona et al [25] and Quana et al [26] studied synthesis, structural and magnetic propenies of the Y3Fẹ29-xCrx compounds with 3.96 ẩ X < 4.74 and

com pounds with 4.22 £ X £ 4.35 are o f single phase vvith monoclinic N d3(Fe,Ti)29-type stm cture whereas the samples with X = 3.96, 4.09 and X ằ 4.48 and R3Fe24.65Cr4.35 compounds have the 3 :29 phase as a mạjor phase The lattice parameters o f the compounds investigated have been determined In the Yr.Fe29.xCr* compounds the Curie temperaiure, 7c, a n d the Fe-Fe exchange íĩeld coeíBcient, « Fc - Fe , have been found to decrease with mcreasinọ the Cr concentration In the case o f X = 4.35, the averase maanetic moment per iron atom is deriveđ

to be fJĩt = 1.59 ịìb, 1.55 Ị.IB and 1 -08 ỊiB at 4 K, 77 K and 300 K, respectively The iron-

sublattice anisotropy in this compound is suasested to be planar at room temperature The Curie tem perature in the R5Fe24.65Cr4.35 compounds decreases from 480 K for R = Gd to 385

K for R = Er The R-Fe exchanae íield coeíScient, ;7R.Fe, in these compounds decreases with increasino atomic number o f the R ion This is attributed to the variation o f the 4f-5d exchange im eracúon which is larger for the R ion ha vi na smaller atomic number because the spatiai separation o f the 4 f and 5d shells is reduced

Very recently the study on the Y;.Fe29-*Mx has been extended to M = V and M o [27] The optimal concentrations o f V and Mo are X = 2.1S and 0.96, respectiveiy For these com pounds, the lattics parameters, the Curie tem peratures and the excnange interaction coeíĩicients are reponed

1 R c Sher.vood, H.J v.illiams and J.H Weraick J AppL Phys 35 (1964) 1049

2 N.H Luong and J.J.M Franse, Phys Stai Soi (a) 66 (1981) 399,

3 N.H Luong, Franse and T.D K en J M asn Maan M ater 50 (1985) 153

Buschow (North-Holianri Aíĩisterdam, 1995) voi 8 p 415

5 N.H Luong, JJ.M Franse T.D Hien and N.p Thu>\ J M aan M a"n \ l a i e r 140-144 (1995) 1133

6 N H Luong, Franse and N.H Hai, to be published

7 D.R Noakes and G.K Shenoy, Phys Len 91 A (1982) 35

8 M.K Borombaev, R.z Levitin, A s Markosyan V.A Reimer, E v Sinitsvn and z Smetana, Zh Eksp Teor Fiz 93 (19S7) 1517

9 Y Hashimoto, H Fujii, H Fujiwara and T Okanioio, J Phys Soc Jpn 47 ('1979) 67

10 P.C.M Gubbens, K.H.J Buschovv, M.DÍVĨS, LLange and M Loew eanaupt J M aan

M aan Mater 98 (1991) 141

11 P.C.M Gubbens, K.H.J Buschow, M Divis M Heidelmann and M Loewenhaupt

J M aan Masn Mater 104-107 (1992) 12S3

12 B Lebech, z Smetana and V Sima, J \la s n Masn Mater 70 (1987) 97

13 Y Hashimoto, H Kawano, H Yoshizawa s Kawano and T Shiaeoka, J M aan

M aan iMater 140-144 (1995) 1131

14 M Heidelmann, B Lebech, z Smetana and M Loewenhaupt, J Phvs Condens

M atier 4 (1992) 8773

15 M Diviâ, s Zajac, \ ' Sima and z Smetana J M asn M aan M ater 68 (19S7) 253

16 z Smstana and V Sima Czech J Phys 335 ('19S5'| 1232

17 R K Birss, R.V Houidswonh and D G Lord J Ma2n M am Mater 15-1 s (1980) 9171S z Smetana V Sima J B ischoị p Svoboda s Za_iac L Havela and A v Andree\ J Phys F ló (19SÓ) L201

19 M Sasa\va s Fụjimura, N Tosavv-a H Yamamoto and Y M atsuura J Appi Phys

55 (19S4)20S3

20 N.H Luona N.P Thuy L T Tai and T.Đ Hĩer_ Phys Stat Soi (a) ỉ 11 (Ì9S9) 591

21 L.T Tai K.H Luons and T.D Hien Acta Phvsica Poloruca A77 (1990) "29

22 M Sasawa, s Fuiimura H Yamamoto Y Vlaisuura and s H ircsaw a, J Appl Phys

25 N.H Luona P.H Quana, D.T Kim Anh and N.T Hien Proceedings o f the 7:h Asia Pacific Phvsics Coníerence Beijing China Aug 199" in press

~>6 P.H Quan° N.H Luona and D.T Kim Anh in Vlodem Probiems in Solid State

Physics, Hanoi, in press

27 P.H Quane N.H Luons D.T Kim Anh and N.T Hien Proceedings o f the Sciemific Conference o f the Hanoi University o f Sdence Hanoi April 199S, to be published

54

Ma t e r ia l s Re s e a r c h So c ie t y

Sy m p o s ĩu^i Pr o c e e d in g s Volu m e 5 7 7

Advanced ĩỉard and

Soft Magnetic Materials

Symposium held April 5 -8 ,1 9 9 9 ,San Francỉsco.California.U.S.A.

A llieơ Signal Inc.

Morristown, íVevv Jersev, U.S.A.

ỊMÍRiSÌ

Materials Research Society

yVarrencaie -ennsyivania

M A G N E T I C A N IS O T R O P Y IN R A R E - E A R T H - T R a N S IT IO N M E T A L

I N T E R M E T A L L I C C O M P O U N D S

N G U Y E N HOANG LU ONG * NGUYÊN PHU THUY *'** PHAiVl HONG QUANG * PHAM DUC THANG ’ *

* Cryogenic Laòoraiory Faculty oĩP hysics National University oíH anoi

3 3 - Nguyer Trai Tharưi Xuan Hanoi Vieinam

** Intemationai Training Institute tor Materiais Science 1 Dai Co Viet Si Hanoi Vietnam

a B S T R A C T

I n t h i s w o r k t h e r a r e - e a r t h a n i s o t r o p v in th e r a r e - e a r t h - ư a n s i n o r , m e t a i i n t e r m e t a l l i c

com pounds 1S investigated by studying the tem perature-induced spm reorientauon phenomena

on aligned powder samples and bv analvane the temperature dependence o f the magnetizanon measured along different pnncipai axes o f smaie crvstals From such investisauons the crystalline-eiectric-field parameters o f ihe rare-eanh ìons in rhese compounds have oeen derived The results on diỄTerent hard magneuc maierials o f the compositions R; Fe|aB, RFe,,Ti and their substituted compounds as well as R X o I7are surrưnanzed.

I N T R O D U C T I O N

The rare earth ÍRI - transnion metal (T) compounds are ìmponant iruermetallic

compounds because o f ravorabie properties associatea with the R eiements and the 3d

elem ents Tnese compounds have ied to important mdustnal appiications especiailv as Dermanem maenets The maeneuc propenies o í the R-T ìntermeialiic compounás are eovemeQ

by the ìnterpiay benveen crỵstaliine elecưic field (CEF) and excnange interactions The ong ia

o f the CHF is the electrostaiic interaciion o f the asphencaị orbitai o f the 4 f elecưons o f the p ions with the asDnencai eiẹcoic.íĩẹịd p f the surrQundmss Am ons the diíĩeren: tvpes o f anisotropy the magneĩocrystaiiine amsoưopv (MCA) oneinanne from the CEF is dormn 2 nt In this work w e rocus our discussion on the spin-reonentaiion phẹnomena ịn some harđ magneuc R-TJjUeirneiallics and on the analysis o f the temperamre aeDendence o f the magne:ization ừ som e R-T sinaìe srvstals Such considerations sive vaiuabie inĩormation on the CEF

parameters.

T H E O R E T I C A L O Ư T L IN E

In the pnenomenoloeicai descnpiion ;or crysiaìs wùh tetragonai symmetry the MCA enersy can be expressed as [1 ]

E = K.iSÍn‘9 - K.iSÌn"i& - K-,sin’0 - (K 4sin a - KiSÍn’0 ic o s 4 o - u I

vvnereas ror nexaeonai or rhomooneara! svmmetry !t !S given by

E = K SIH - - - íý:Sini’S - ;< ,itn ’& cosóo -

-w n e r e <ì 1S tR e a n s i e o e n v e s n t h e l u m a x i a l ) c - a x is a n d th e T ía L ;n e :iz 3 t i o n v e c t c r 0 !S ih e a n ẹ i e

be!\veen :ne cnmDonent o: n e rr.aiỉneimtion in Ihi Jn-ỌÌ2DC and ihe j-axii ana k 11 =

Mat Res Soc Svmo Proc / 01 377 : 1999 Materials Researcn Socieiv

3 ) arc the anisoưop) consianis Minimizinj; ihe anisoưop' encrg> EA wiih resoeci 10b gives

ihe orieniauon 0 f the magneiizaiion For thc uniaxial R-T compounds usuall' ũ is sufficienỉ JP_ consider only the K| and K; lerms The spin reorientaúon siaris at the lempcraturc where K chances sicn [2.5] If K dominaies and K| > ũ the preíenred ma"neiizaiion direction is aion£ the c axis unich corresponds 10 the case o f easv-axis amsotrop\ l f K; dominaics and K.| < 0 thí preícrrsd maỊ;netization dirccuon is perpendicular lo the c axis wnich corresponds to eas\ -

piane anisoưop) Wnen k | 1S nm dominan; tne preferTed magneuzauon ma\ bí in oiher dnections.

Fo7 a đeeper undersỉandiny o f the phenomena one has 10 consider a TĩiicroscoDÌc modei As menuonec in the imrođucuor thí macnstic propcmes o f 3d— 4f compounds are

p o v e m e d b y a c o m b i n a t i o n o f i n e 3 d - 4 i e x c n a n c e a n d c r y s t a l i i n e - e l e c ư i c - í ì e l t í m t e r a c t i o n s

The Hamiltonian o f 2 4 f ion in 3d-4f compounds 1 S usuall.Y given bv

whcre HCEF and Hcv are the crysialline-eiectric-íìeld and exchange Hamiltomans respectiveiỵ The CEF Hamihonian is expressed bv

vvhere B™ are called the cr>’stalline-electric-field parameterc and 0 " are the Sievens

where the lcrms related to ừie 4 f lon 0„<r4"r>, and those relaied to the surrounámc charces.

A " , arc separaied The coefficients A" are known as the crystallme-eiecmc-neld coeíncients

£ n is the appropriate Sievens íactor o f order n vvhich represents the proportionalitv benveen the ODCiTUor íuncúons o f X y z and the operator íunctions o f Jx Jy J The parameter Gn is denoted

as Ọ|, Pj Yj for n = 2 4 6 < r4nr > 1 S the mean value o f the n-th power o f the 4 í radius and taken ừom [4].

The excnanne Hamiĩtoman 1 S given b\

where is the molecuiar íĩeld actin 2 on the rare-earth macnetic momeni which is related to the exchanss íield Bc, acting on the rare-earth spin by = [2(.g-l )/g]Bcx J and g are the toiaì ancuiar momenuim and the Landé íactor o f the R3 ion respectiveiy Tne field B„ is related to the exchanee consiant nRT which links both rare earứi (RI and ưansition mcial ÍT) sublattices

xvnere <M-r> 1S uie av erase ưansition-metai subiaưice m2';n£UZ2iior:

Tnereiauon bet ween and B ” 1S [5]

123

fC* = -(3/2) BỊ < OỊ > - 5 < 0 “ > - (21/2) 3t < Oj >.

\vnere <0'" > are the thermal averages o f the Stevens ODerators.

The ground State o f the 4 f ion is caicuiateri bv diaẹonaiiz:n'j the Hamiltoman (3) The

t e m p e r s t u r e d e p e n d e n c s o í t h e r a r e - e a n h s u D la tu c e a n i s o ư o p y K.f , v h ic h n o r m a i l y

dominates is then caiculated according to Eq (8) In case 01 the R:Feu B compounds rbr example K* has been caiculated in [6] as K* = - E Ịc wnere E ,c ana Ejc represent the giound State energv 0 1 the Hamiitonian (3) for being perpendicuiar and paraiiei to ihe c-

axis, respectively To caicuiate the temperarure dependence 0 1 the anisotropy energv o f the rare-eanh ion, the Boltzmann disưibution âinction is used The temperature dependence ot'the transition metal sublattice anisoưopy, k ị , is obtained from the study o f the isostnicturai

compound in which R is non-magnetic.

[f ứie data on the temperature dependence ot'the ancie 0 in the aligned powder sampies

are avaiỉable the anaiysis proceeds as follows

For the aligned powder samples o f the material with axial amsotroDv the crystailites (pevvder panicles) are oriented so thai their c-axes are parallel to each other, whereas the a- aud

ố-axes are randomiy distributed in the plane perpendicuiar to the alignment direction

Thereĩore it is appropnate to coníine the exchange rìeld to the x-z piane (TỊ This

approximation ieads to the foliowing exchange Hamiitoman

The rare-eanh energy is obtained by diagonalization or'ữie Hamiltonian 1 3) and by caicuiating the partirion íimction Z(9,T) and is given by

I >1

Here, the contribuúons for n crystailographicaily inequivalent rare-eanh sites have been taken into account.

For a mixed svstem sucn as R |.,R \F e , ị Ti the total ửee energy is ĩhen exDressea os

F(8,T) = (I-x) Fa(9.T) +• X F r '(0.T) - E^e.T), (11)

w here the !ast term represents the contribution ÍTom the transition-metal sublattice ( = ỈC,T sin 91

To calculate F(9,T) we need to ltnovv the CEF parameters B‘" and molecuiar-rĩeid panưneter The temperarure đepenđence ot'rransuion-me!ai suòlattice anisotroọy , is again

o b t a i n e d trom the st udv o f íhe isostrucmral oompound in which R ;s no n-m ag netic The

a n ^ u i a r d e p e n d e n c s o t’ the total tree e n era y is ;hen caicuiacea m d the Tiinimum in the rree

i n e r g v >ives the on.entation o f the :otal maunetization vector In this -vay Lite lem c era tu re

d e c e n d e n c e o t t h e m a i ỉ n c t i c s t r u c m r e 1S d e t s r m i n e d

[n ;in e x t e m a i m a g n e t i c r ie id B vve s h o u i d a d d to th e H a m i i t o m a n 0 f th e R :o n '.he -e rm

J e s c n b i n ! i the m atinetost.iu c i n e r 'j v Thus íhe Hamiitonian :or :he ir-vest m uiticie : or a A

; o n b e c o m e s :

'29