Effets magnétostrictifs spontanés de quelques composés des terres rares

Abstract

The crystal lattice parameters of some trivalent compounds of the Rare Earth LnX (X represents one of the elements P, As or Sb) have been measured between room temperature and liquid Helium temperature. The rocksalt structure of these antiferromagnetic crystals undergoes an anisotropic distortion at the Néel point. The Tb³⁺ compounds shrink along a trigonal direction and those with Nd³⁺, Dy³⁺ or Ho³⁺ along a tetragonal axis. These shrinkages are of the order of a few parts per thousand. This perturbation of the crystal field potential lowers the ground state energy level in the J-multiplet of the magnetic ion. The level splitting in distorted octahedral fields is calculated with the operator equivalent technique and the eigenvalues are expressed as a function of a distortion parameter. The measured distortions cause changes which are about 10% of the over-all-splitting of the J-multiplet.

Résumé

Les paramètres des réseaux cristallins de plusieurs composés trivalents des terres rares LnX (X=P, As et Sb) ont été mesurés de la température ambiante à celle de l'hélium liquide. Au-dessous de leur température de Néel, ces cristaux antiferromagnétiques ou ferrimagnétiques ont une cellule primitive déformée par rapport à la cellule cubique à faces centrées du type NaCl, à température ambiante. Les composés de l'ion Tb³⁺ se contractent le long d'une direction trigonale (TbSb:Δα=8′) et ceux de Nd³⁺, Dy³⁺ et Ho³⁺, le long d'une direction tétragonale (DySb: (a−c)/a=7‰).

Au moyen de la technique des opérateurs équivalents, la décomposition en termes du multiplet fondamental des ions Ln³⁺ est calculée dans les champs octaédriques déformés. Les distorsions mesurées, de l'ordre de quelques ‰ provoquent un abaissement du niveau fondamental. Sur la base du modèle des charges ponctuelles, le gain d'énergie produit par la déformation est de l'ordre de 10% de la décomposition totale dans le champ cubique.

Zusammenfassung

Die Gitterkonstanten und die Strukturänderungen einiger dreiwertiger Verbindungen Seltener Erden vom Typ LnX (X=P, As und Sb) wurden zwischen Zimmertemperatur und der Temperatur des flüssigen Heliums gemessen. Unterhalb der antiferromagnetischen bzw. ferrimagnetischen Ordnungstemperatur beobachtet man eine anisotrope Verzerrung der Elementarzelle, und zwar eine Kontraktion in der trigonalen Richtung bei den Tb-Verbindungen, und in der tetragonalen Richtung bei denjenigen Verbindungen, die Nd, Dy und Ho enthalten. Mit Hilfe der Methode der Operatoräquivalenz werden die Energieniveaus des Grundmultiplets der SE-Ionen in einem deformierten oktaedrischen Kristallfeld berechnet. Obwohl die relative Gitterverzerrung nur einige 10⁻³ beträgt, kann die Änderung der Kristallfeldaufspaltung bis 10% betragen und so vergleichbar mit der Deformationsenergie werden.