The isostructural R3T4X4 (R: rare earth, T:Mn,Pd,Cu,Ag, X:Si,Ge,Sn) family of compounds have been extensively studied recently due to the rich variety of magnetic behaviour exhibited: the two rare earth sublattices often order with quite different moment values and distinct magnetic structures. In some cases the rare earth sites will also have quite different ordering temperatures. Several of the series, R3Cu4Sn4, R3Ag4Sn4 and R3Cu4Ge4, appear not to follow the expected de Gennes scaling law of transition temperatures despite the structural uniformity of the system. Moreover, the system suffers from a common problem in rare earth intermetallic systems: an important lack of data and understanding of the Sm and Gd members.Capitalizing on the presence of Sn in many of these compounds, we have used 119Sn Mossbauer spectroscopy as a probe of local magnetism at the Sn sites in the structure. Although Sn carries no magnetic moment, a transferred field from the rare earth neighbours is observed, as both Sn sites in the structure have nearest neighbours from both rare earth sublattices. We also performed 155Gd Mossbauer spectroscopy on three Gd compounds, probing the local magnetism at the 155Gd nuclei directly. Using the newly developed flat plate mounting for highly absorbing samples, we performed neutron diffraction on several Sm and Gd compounds to probe the long range spatial symmetry of the rare earth magnetic moments. The Mossbauer spectroscopy and neutron scattering results were then combined as verification of consistency, but more importantly as complementary sources of magnetic information allowing us to draw conclusions that otherwise could not be drawn with either of the experimental techniques alone.We find that a simple isotropic hyperfine field transfer model successfully describes the 119Sn Mossbauer spectra of several R3T4Sn4 (T:Cu,Ag) compounds. 119Sn Mossbauer spectroscopy also reveals important magnetic interactions previously missed: Nd3Cu4Sn4 data exhibits a clear magnetic contribution at temperatures at which neutron diffraction data did not, while Ho3Cu4Sn4 exhibited magnetic interactions above the ordering temperature determined by neutron diffraction. The Sm3Ag4Sn4 and Sm3Cu4Sn4 compounds proved to behave entirely differently than previously thought: the former undergoes magnetic ordering at 26K rather than 9K, and shows evidence of anisotropic field transfer, while Sm3Cu4Sn4 fails to order and instead exhibits slow moment dynamics. The Gd compounds also yield surprising results as Gd3Cu4Ge4 and Gd3Ag4Sn4 order at far higher temperature than previously thought, while Gd3Cu4Sn4 exhibits the most complex 119Sn Mossbauer spectrum due only to the moments at the Gd-2d site. The R3T4X4 system remains highly magnetically complex and diverse, however the magnetic landscape has been significantly altered. The flat plate mounting technique for neutron diffraction, especially when combined with Mossbauer spectroscopy data, allows for the determination of the magnetic structures of Sm3Ag4Sn4 as well as Gd3Ag4Sn4 and partially of Gd3Cu4Sn4, showing great promise as an important new experimental tool. / La famille de composés R3T4X4 (R: terre rare, T: Mn, Pd, Cu, Ag, X: Si, Ge,Sn) adopte uniformément la structure orthorhombique de type Gd3Cu4Ge4 (groupe d'espace Immm, # 71). Ces composés ont été étudiés récemment en raison de la riche variété de comportements magnétiques observés: chaque sous-réseau de terre rare s'ordonne avec des valeurs de moment magnétique très différentes et adoptent des structures magnétiques distinctes. Dans certains cas, les deux sites de terres rares auront également des températures d'ordre magnétique très différentes. Plusieurs membres de la série, R3Cu4Sn4, R3Ag4Sn4 et R3Cu4Ge4, ne semblent pas suivre la loi d'échelle de de Gennes des températures de transition magnétique, malgré l'uniformité structurelle du système. De plus, le système souffre d'un problème commun parmi les systèmes intermétalliques de terre rare: un manque important de mesures et compréhension des membres Sm et Gd du système.Capitalisant sur la présence de Sn dans plusieurs de ces composés, nous avons effectué des mesures de spectroscopie Mossbauer 119Sn comme une sonde locale du magnétisme aux sites Sn dans la structure. Bien que le Sn ne comporte pas de moment magnétique, un champ transféré des terres rares voisines est observé, vu que les deux sites Sn dans la structure ont des voisins proches des deux sous-réseaux de terres rares. Nous avons également effectué des mesures de spectroscopie Mossbauer 155Gd sur trois composés de Gd, pour sonder le magnétisme local aux noyaux 155Gd directement. En utilisant la plaque de montage nouvellement mise au point pour des échantillons hautement absorbants, nous avons procédé à la diffusion neutronique sur plusieurs composés de Sm et Gd pour sonder la symétrie spatiale à longue portée des moments magnétiques des terres rares. La spectroscopie Mossbauer et les résultatsde diffusion neutronique ont ensuite été combinés premièrement pour une vérification de cohérence, mais avant tout comme des sources complémentaires d'information magnétique qui nous permettent de tirer des conclusions qui ne pourraient autrement pas être établies avec l'une ou l'autre de ces techniques à elles seule.Nous constatons qu'un simple modèle de transfer isotropique de champ magnétique hyperfin décrit avec succès les spectres Mossbauer 119Sn de plusieurs composés R3T4Sn4 (T: Cu, Ag). La spectroscopie Mossbauer 119Sn révèle aussi d'importantes interactions magnétiques inconnues auparavant: la présence d'une contribution magnétique claire de Nd3Cu4Sn4 à des temp ératures auxquelles la diffusion neutronique n'en detecte aucune, tandis que Ho3Cu4Sn4 exhibe des interactions magnétiques au dessus de la température d'ordre magnétique déterminée par diffusion neutronique. Il s'avère que les composés Sm3Ag4Sn4 et Sm3Cu4Sn4 ont un comportement très différent de ce qui était cru auparavant: le premier subit un ordonnement magnétique à 26K au lieu de 9K, et montre des signes de transfert de champ magnétique hyperfin anisotrope, alors que le deuxième ne parvient pas à l'ordre magnétique mais exhibe une dynamique de moment magnétique lente. Les composés de Gd révèlent aussi des résultats surprenants alors que Gd3Cu4Ge4 et Gd3Ag4Sn4 ont une température d'ordonnement magnétique beaucoup plus élevée qu'on ne le pensait, et que Gd3Cu4Sn4 exhibe lesspectres Mossbauer 119Sn les plus complexes du uniquement aux moments magnétiques du site Gd-2d.Le système R3T4X4 reste très complexe et diversifié d'un point de vue magnétique, mais le paysage magnétique a été significativement modifié. La technique de plaque de montage pour la diffusion neutronique, en particulier lorsqu'elle est combiné avec les données de spectroscopie Mossbauer, permet la détermination des structures magnétiques des composés Sm3Ag4Sn4 et Gd3Ag4Sn4, et partiellement du composé Gd3Cu4Sn4, et reste prometteuse comme un nouvel outil expérimental important.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104480 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Voyer, Christian |
| Contributors | Dominic Ryan (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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