Contribution à l'étude cristallographique et magnétique de composés intermétalliques R–Co–B et R–Fe–B (R ≡ élément de terres rares) - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2008

Contribution to the crystallographic and magnetic study of R-Co-B and R-Fe-B intermetallic compounds (R ≡ rare earth element)

Contribution à l'étude cristallographique et magnétique de composés intermétalliques R–Co–B et R–Fe–B (R ≡ élément de terres rares)

Hervé Mayot
  • Function : Author
  • PersonId : 861485

Abstract

We studied the relationship between crystallographic and magnetic properties in R-M-B intermetallic phases where R is a rare earth element, yttrium or thorium and M a 3d transition metal. The presence of boron in the transition metal atomic environment dramatically modifies the magnetic properties both at macroscopic and microscopic scales.
Through this experimental work, we investigated the magnetic properties of YCo4B compound, the reference compound of the Rn+mCo3n+5mB2n family, and some RCo4-xFexB. The original magnetocrystalline anisotropy of YCo4B presents both a spin reorientation and a first order magnetisation process. It also presents a great sensitivity to an applied pressure. Using neutron diffraction, we demonstrated that the iron for cobalt substitution in RCo4B compound give rise to a preferential substitution scheme. Combining these results to those of different magnetic measurements and Mössbauer spectroscopies, we determined the contributions of each crystallographic sites of transition metals to the macroscopic magnetic properties.
We studied the Y1-xThxCo4B solid solution and shown the appearance of preferential thorium for yttrium substitution on one of the R crystallographic sites. These two R elements are not magnetic but the magnetic properties however drastically depend on the thorium / yttrium ratio. Through comparison to magnetic measurements under pressure, we could demonstrate that these differences originates mostly from the difference of electronic configuration between both elements and not only from structural evolution caused by the substitution.
New compounds of formulae R3Co13B2 and R5Co19B6 had been recently discovered among the Rn+mCo3n+5mB2n structural family. We present studies of the synthesis conditions and the magnetic structures of some of these new phases. In particular, the Pr5Co19B6 compound presents magnetic anomalies interpreted as a spin reorientation transition occuring at low temperature.
We present results of X rays absorption on selected compositions of the CeCo12-xFexB6 solid solution. In this structure, one can observe an intermediate valence state for cerium which is sensitive to the iron content.
To finish, we studied the synthesis conditions of the Nd2Fe23B3 and Y3Fe62B14 metastable phases. These original structures show numerous atomic environments for iron giving rise to interesting magnetic properties. We observed unusual evolution of their magnetic properties between amorphous and crystalline state of these alloys.
Nous nous sommes attaché à étudier les liens entre propriétés cristallographiques et magnétiques de phases intermétalliques R M-B où R est un élément de terres rares, l'yttrium ou le thorium et M un métal de transition 3d. La présence de bore dans l'environnement atomique des sites de métaux de transition, notamment, agit fortement sur les propriétés magnétiques tant à l'échelle macroscopique que microscopique.
Nous apportons une contribution à l'étude des propriétés magnétiques particulières du composé YCo4B, composé modèle et de référence de la famille Rn+mCo3n+5mB2n. L'anisotropie magnétocristalline originale de ce composé est caractérisée à la fois par une réorientation de spin et un processus d'aimantation du premier ordre. Elle s'avère également fort sensible à la pression comme l'ont montré nos mesures magnétiques. La substitution du fer au cobalt dans les composés RCo4B est possible et donne lieu à un schéma préférentiel comme l'illustre nos mesures de diffraction des neutrons. En combinant ces résultats à des mesures magnétiques diverses et de spectroscopie Mössbauer, les propriétés magnétiques de chaque site cristallographique de métaux de transition 3d ont pu être particularisées.
Nous avons étudié la solution solide Y1-xThxCo4B et montré l'existence d'une substitution préférentielle du thorium à l'yttrium sur un site cristallographique. Ces deux éléments R non magnétiques ont des effets différents sur les propriétés magnétique des composés. Par comparaison à des études magnétiques sous pression, il a été possible de montrer que ces différences sont principalement dues aux différences de configuration électronique entre le thorium et l'yttrium et peu aux évolutions structurales induites par la substitution.
De nouveaux composés de la famille structurale Rn+mCo3n+5mB2n ont été mis à jour récemment. Nous présentons des études des conditions de synthèses et des structures magnétiques de quelques phases R3Co13B2 et R5Co19B6. Le composé Pr5Co19B6 présente notamment des anomalies magnétiques interprétables comme une réorientation de spin à basse température.
Nous présentons des résultats d'absorption des rayons X réalisés sur plusieurs compositions de la solution solide CeCo12-xFexB6. Dans cette structure, le cérium présente un état de valence intermédiaire qui évolue notablement en fonction de la teneur en fer.
Enfin, nous avons précisé les conditions de synthèse de phases métastables Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14, très riches en fer. Ces structures originales présentent de nombreux types d'environnements atomiques du fer ce qui en fait des composés aux propriétés magnétiques intéressantes. Nous avons notamment montré les évolutions inhabituelles de ces propriétés magnétiques entre les états amorphe et cristallisé de ces alliages.
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tel-00399675 , version 1 (28-06-2009)

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  • HAL Id : tel-00399675 , version 1

Cite

Hervé Mayot. Contribution à l'étude cristallographique et magnétique de composés intermétalliques R–Co–B et R–Fe–B (R ≡ élément de terres rares). Matière Condensée [cond-mat]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00399675⟩

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