RMn2-xTxX2 (R: Hafif nadir yer elementi, T: Fe, Co, X: Si, Ge) alaşımlarının kristal ve manyetik yapılarının X-ışını ve nötron toz kırınımı ile incelenmesi

Abstract

ÖZET Doktora Tezi RMn2-xTxX2 (R: HAFÎF NADİR YER ELEMENTİ, T: Fe, Co, X: Si, Ge) ALAŞIMLARININ KRİSTAL VE MANYETİK YAPILARININ X-ISINI VE NÖTRON TOZ KIRINIMI İLE İNCELENMESİ İlker DİNÇER Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Ayhan ELMALI Bu tez çalışmasında PrMn2-ICoıGe2, PrMn2-xFexGe2, SmM^JFeiCfo, ve LaM^-xFe^ alaşımlarının kristal yapılan, manyetik özellikleri ve manyetik yapılan, x-ışını toz kırınım deneyleri, manyetik ölçümler ve nötron toz kırınım deneyleri ile incelenmiştir. Bütün alaşımlar, alaşımı oluşturan saf elementlerin argon atmosferi altında ark ergitme firınında su soğutmalı bakır pota içinde eritilerek elde edilmiştir. X-ışını toz kırınım ölçümleri, Cu-Kaı^ kaynağına sahip Siemens D-500 ve Rigaku D-max 2200 tannımmetreleri ile yapılmıştır. Manyetik ölçümler, VSM, MPMS ve PPMS manyetometreleri ile yapılmıştır. Nötron toz kınnım deneyleri ise Institut Laue Langevin-ILL, Laboratoire Leon Brillouin-LLB ve Paul Scherrer Institut-PSI araştırma merkezlerinde yapılmıştır. X-isuii toz kınnım deneyleri sonucunda, bütün alaşımların I4/mmm uzay grubuna sahip hacim merkezli tetragonal kristal yapıda kristallendiği ve alaşımların hiçbirinde yabancı bir fazın olmadığı belirlenmiştir. Mn'm yerine Co yada Fe girdikçe birim hücre parametreleri a ve c'de azalma olduğu gözlenmiştir.PrMn2-xCoxGe2, PrMn2-:cFexGe2, SmMn2.xFexGe2, ve LsMih-xFexSh alaşımlarının mıknatıslanma ölçümleri sonuçlarına göre Mn'ın yerine Co yada Fe girdikçe manyetik geçiş sıcaklıklarında azalma gözlenmiştir. Ayrıca PrMn1.4Feo.4Ge2 ve LaMnı.525Feo.475Sİ2 alaşımlarında SmMn2Ge2 benzeri manyetik faz geçişleri gözlenmiştir. Bu alaşımlardaki tabakalar arası ferromanyetik düzenlenimden antiferromanyetik düzenlenime geçiş saf RMn2X2 (R: nadir yer elementi, X: Si yada Ge) alaşımlanndaki kritik Mn-Mn uzaklığı d^^ 'dan daha büyük bir değerde bulunmuştur. Nötron toz kırınım deneyleri ile PrMn2^CoxGe2 (x = 0.4, 0.5 ve 0.8), PrMn2.IFeIGe2 (x = 0.6, 0.8 ve 1) ve LaMn2.xFe.5i2 (x = 0.2, 0.475, 0.5, 0.7 ve 1) alaşımlarının manyetik yapılan belirlenmiştir. Mn manyetik momentinin toplam değeri ve yönü ile Pr atomunun manyetik momenti birbiriyle oldukça ilişkilidir. Yani Pr'un düzenlenme sıcaklığı T^'nin altında, Pr ve Mn manyetik düzenleniminden gelen manyetik saçılmalar üst üste geldiğinden, Pr ve Mn manyetik moment değerlerinin doğru olarak bulmak için yeni bir arıtım yöntemi kullanılmıştır. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, daha önceden elde edilmiş ana alaşımlar PrMn2Ge2, SmMn2Ge2 ve LaMn2Sİ2'lerin manyetik ölçümleri, Mössbauer ve nötron toz kırınım çalışmaları sonuçlan ile birleştirilerek, PrMn2-ıC0ıGe2, PrMn2.IFerGe2, SmMn2-ıFeıGe2, ve LaM^-JFe^ alaşımları için manyetik faz diyagramlan belirlenmiştir. Aynca RMn2. IFeIGe2 (R: La, Ce, Pr, Nd ve Sm) ve LaM^-JeıG^ alaşımlarında Mn manyetik davranışı için genel bir manyetik faz diyagramı verilmiştir. 2005, 139 sayfa ANAHTAR KELİMELER : : İntermetalik alaşımlar, X-ışını toz kırınımı, Manyetik ölçümler, Nötron toz kırınımı

ABSTRACT Ph. D. Thesis THE INVESTIGATIONS OF CRYSTAL AND MAGNETIC STRUCTURES OF RMn2.ITIX2 (R: LIGHT RARE-EARTH ELEMENT, T: Fe, Co, X: Si OR Ge) ALLOYS BY X-RAY AND NEUTRON POWDER DIFFRACTIONS İlker DİNÇER Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Engineering Physics Supervisor : Prof. Dr. Ayhan ELMALI In this thesis, the crystal structure, magnetic properties and magnetic structures of PrMn2.xCoIGe2, PrMn2-rFerGe2, SmMn2-xFerGe2, ve LaMn2.x7exSh compounds have been investigated by x-ray powder diffraction, magnetic measurements and neutron powder diffraction. All compounds have been prepared by arc melting furnace under purified argon atmosphere in a water-cooled copper boat. X-ray powder diffraction studies have been caried out by using Siemens D-500 and Rigaku D-max 2200 diffractometers with Cu-Kai^ radiation. The magnetic properties of the compounds have been studied by VSM, MPMS and PPMS magnetometers. The neutron powder diffraction experiments have been performed in Institut Laue Langevin ILL, Laboratoire Leon Brillouin LLB and Paul Scherrer Institut PSI. The X-ray powder diffraction studies have confirmed the existence of a tetragonal phase having the ThCr2Sİ2-type structure with the space group 14/mmm for all compounds. The decreasing of the lattice parameters a and c was observed with the substitution of Co and Fe for Mn.In the PrMi^-xCo^Cte, PrMn2-xFejGe2, SmMn2.xFexGe2, and LaMn2.IFeISİ2 compounds, the magnetic phase transition temperatures decrease with the substitution Co and Fe for Mn. The PrMn1.4Feo.6Ge2 and LaMnij25Feo.47sSİ2 compounds show a typical SmMn2<je2-like magnetic behavior. For these compounds, the magnetic phase transition from ferromagnetism to antiferromagnetism between adjacent Mn planes occurs at the jnff-alayer Mn-Mn distance dlln_Mn = 2.89 Â. This value exceeds the well known corresponding threshold value d`tn^u` = 2.87 Â in the pure Mn RMti2X2 (R: rare earth elements, X: Si or Ge) compounds. With the powder neutron diffraction experiments, the magnetic structures of the PrMnj.jCoxGe2 (x = 0.4, 0.5 and 0.8), PrMn2.xFe*Ge2 (x = 0.6, 0.8 and 1) and LaMn2-xFexSİ2 (x = 0-2, 0.475, 0.5, 0.7 and 1) compounds have been determined. The absolute values of the Mn moments, their direction and the Pr moments are highly correlated. Because the magnetic contributions which due to the magnetic orderings of Mn and Pr moments overlap below the ordering temperature of Pr moments T*, we used a new refinement procedure to find correct values of Pr and Mn moments. With the using of the results of earlier neutron diffraction and Mössbauer studies on PrMn2Ge2, SmMn2Ge2 and LaMn2Si2, the results of this work are summarized in the PrMn2.xCoiGe2, PrMn2.xFexGe2, SmMn2^FeiGe2 and LaMn2-xFexSİ2 magnetic phase diagrams. Furthermore, the general magnetic phase diagram for RM^JFe/fo (R: La, Ce, Nd and Sm) is also constructed from previous and present works. 2005, 139 pages KEY WORDS: Intermetallic alloys, x-ray powder diffraction, Magnetic measurements, Neutron powder diffraction