R1-xR`xMn2Ge2 intermetalik bileşiklerin kristal yapı ve magnetik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Doktora Tezi R1_xRxMn2Ge2 İNTERMETALIK BİLEŞİKLERİN KRİSTAL YAPI VE MAGNETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Selçuk KEVRAN Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Yalçın ELERMAN Bu tez çalışmasında, Ceı.xGdxMn2Ge2, Ndı_xGdxMn2Ge2, Ndı.xDyxMn2Ge2 ve PrMn2.xFexGe2 (0<x<l) bileşiklerine ait kristal yapı ve magnetik özellikler, x-ışını toz kırınım deneyleri ve mıknatıslanma ölçümleri ile incelenmiştir. Bütün bileşikler, bileşiği oluşturan saf elementlerin argon atmosferi altında indüksiyon fırınında su soğutmalı bakır pota içinde eritilmesi ile elde edilmiştir. X-ışını toz kırınım ölçümleri, CuKa kaynağına sahip Rigaku D-max 2200 difraktometre ile yapılmıştır. Magnetik özellikler, SQUID ve iki ayrı VSM magnetometre kullanılarak çalışılmıştır. X-ışını toz kırınım çalışmaları, 14mmm uzay grubuna sahip tetragonal ThCr2Si2-tipi kristal yapıyı ve bazı bileşiklerde az miktarlarda yabancı fazları ortaya çıkarmıştır. Bu kristal yapı, atomik tabakaların c-ekseni boyunca Mn-Ge-R-Ge-Mn şeklinde sıralanması ile oluşur. Artan x değerleri ile birim hücre parametreleri ve birim hücre hacmi, Vegard yasasına uygun olarak azalmışlardır. Magnetik özellikler, düzlem içi Mn-Mn uzaklığı R^n-Mn a ?°k duyarlıdır. R-ltn-Mn > 2.85 Â'dan büyük olduğunda ferromagnetik Mn tabakaları arasında ferromagnetik çiftlerdin, küçük olduğunda antiferromagnetik çifttenim görülmüştür. Ceı_xGdxMn2Ge2, Ndı_xGdxMn2Ge2,Ndı_xDyxMn2Ge2 bileşiklerinde yeniden geçişli ferrimagnetizma, Ndı.xDyxMn2Ge2 bileşiğinde karışık magnetik faz, PrMn2.xFexGe2 bileşiğinde yeniden geçişli ferromagnetizma gözlenmiştir. Ceı_xGdxMn2Ge2, Ndı_xGdxMn2Ge2 ve Ndı.xDyxMn2Ge2 bileşikleri için düşük sıcaklıklarda elde edilen doyum mıknatıslanmaları x artarken önce azalmış sonra tekrar artmıştır. Sonuç olarak, elde edilen magnetik faz geçiş sıcaklıkları ile T-x magnetik faz diyagramları kurulmuştur. 2001, 127 sayfa ANAHTAR KELİMELER: X-ışını toz kırınımı, mıknatıslanma ölçümleri, magnetik malzemeler, SQUID ve VSM magnetometre, magnetik faz geçişi, Curie sıcaklığı, Neel sıcaklığı, dengeleme sıcaklığı, doyum mıknatıslanması, magnetik faz diyagramı

ABSTRACT Ph. D. Thesis THE INVESTIGATION OF THE CRYSTAL STRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTIES OF RKxRxMn2Ge2 INTERMETALLIC -X COMPOUNDS Selçuk KEVRAN Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Engineering Physics Supervisor : Prof. Dr. Yalçın ELERMAN In this thesis, the crystal structure and magnetic properties of Ceı.xGdxMn2Ge2, Ndı.xGdxMn2Ge2, Ndı.xDyxMn2Ge2 ve PrMn2.xFexGe2 (0<x<l) compounds have been investigated by means of x-ray powder diffraction and magnetization measurements. All samples have been prepared by induction melting constituent elements under Ar atmosphere in a water-cooled copper boat. X-ray powder diffraction studies have been carried out by using Rigaku D-max 2200 diffractometer equipped with CuKa radiation. The magnetic properties of compounds have been studied by using a SQUID magnetometer and two sparate home made vibrating sample magnetometers. X-ray powder difraction studies have revealed the existence of a tetragonal main phase having the ThCr2Si2-type structure with the space group I4/mmm and small amounts of foreign phases appearing in some compounds. This structure comprises the atomic layers stacked along the c- axis direction in the sequence Mn-Ge-R-Ge-Mn. With increasing x, lattice parameters and the unit cell volume have decreased linearly, obeying the Vegard's law. İÜ -.- ? ?~`»To«-»lirl.The magnetic properties of these compounds are very sensitive to the in- plane Mn-Mn spacing R^n-Mn > resulting a ferromagnetic coupling between ferromagnetic Mn layers for R^n_Mn>2.S5 Â or an antiferromagnetic coupling between ferromagnetic Mn layers for Rau`_M` ^ 2.85 Â. Reenrant ferrimagnetism in Ceı.xGdxMn2Ge2, Ndı.xGdxMn2Ge2, Ndi.xDyxMn2Ge2 compounds, intermediate phase in Ndi_xDyxMn2Ge2 compounds and reentrant ferromagnetism in PrMn2.xFexGe2 compounds have been observed. The saturation magnetization obtained at low temperatures has decreased iniualy, and then increased again with increasing x in Cei_xGdxMn2Ge2, Ndi.xGdxMn2Ge2 and Ndi_xDyxMn2Ge2 compounds. As a result, the magnetic phase diagram has been constructed with the derived magnetic phase transition temperatures. 2001, 127 pages KEY WORDS : X-ray powder diffraction, magnetization measurements, magnetic materials, SQUID and VSM magnetometer, magnetic phase transition, Curie temperature, Neel temperature, compensation temperature, saturation magnetization, magnetic phase diagram IV