Orientador: Carlos Manuel Giles Antunez de Mayolo

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Neste trabalho estudamos o comportamento magnético do composto Eu8Ga16Ge30, o único clatrato conhecido atualmente cujas posições hóspedes são completamente preenchidas por um elemento terra-rara. Este composto cristaliza-se em uma estrutura cúbica (grupo espacial Pm_3n), apresentando duas...

Resumo: Neste trabalho estudamos o comportamento magnético do composto Eu8Ga16Ge30, o único clatrato conhecido atualmente cujas posições hóspedes são completamente preenchidas por um elemento terra-rara. Este composto cristaliza-se em uma estrutura cúbica (grupo espacial Pm_3n), apresentando duas diferentes gaiolas formadas pelos átomos Ga-Ge (uma gaiola menor formada por 20 átomos e uma gaiola maior, formada por 24 átomos) que englobam em seu interior íons divalentes Eu+2. Os momentos magnéticos desses íons ordenam-se ferromagneticamente abaixo de TC = 36 K através da interação RKKY. O objetivo deste trabalho foi investigar o comportamento magnético local dos sítios cristalográficos ocupados pelos íons de Eu, que no interior das gaiolas maiores, situam-se em posições fora do centro destas, contidas em planos perpendiculares às faces da célula unitária cúbica. Nesta dissertação descrevemos a síntese do composto Eu8Ga16Ge30 pelo método do fluxo metálico, a caracterização da amostra através da difração de raios X de alta resolução (verificação da qualidade cristalina) e da difração de pó de raios X (determinação do parâmetro de rede). Medidas de resistividade elétrica em função da temperatura mostraram a existência de saltos relacionados ao aumento da resistividade, na temperatura de transição magnética (TC) e em T* = 24 K. O mesmo comportamento foi verificado na literatura que indica que a anomalia encontrada em T* possui origem magnética. As propriedades magnéticas foram estudadas através de medidas de grandezas macroscópicas, como susceptibilidade magnética e magnetização em função do campo magnético aplicado. O comportamento magnético local do composto foi estudado através da técnica de difração magnética ressonante com seletividade aos sítios cristalográficos ocupados pelos átomos de Eu. Esta última técnica foi capaz de fornecer informações locais sobre o magnetismo dos átomos de Eu localizados nos sítios 2a e 24k através do estudo das histereses magnéticas obtidas na condição de difração em diferentes temperaturas. Foi observado que o comportamento magnético dos sítios cristalográficos 2a e 24k são diferentes para a temperatura de 8 K, no entanto, nenhuma diferença significativa foi encontrada para as histereses dos dois sítos em T = 30 K. Verificamos que a histerese magnética do sítio 24k em 8 K é formada por várias contribuições indicando a existência de uma estrutura magnética em que os momentos magnéticos situados neste sítio encontram-se dispostos ao longo de três direções perpendiculares entre sí. Verificamos também histereses magnéticas menos estruturadas em T = 30 K que podem estar relacionadas à presença de uma estrutura magnética na qual todos os momentos magnéticos estão orientados ao longo de uma única direção (eixo de fácil magnetização, na direção [001]). No entanto, o mecanismo que descreve o comportamento magnético deste composto (reorientação de spins ou duas temperaturas de ordenamento magnético) ainda não foi totalmente elucidado

Abstract: In this work we studied the magnetic behavior of Eu8Ga16Ge30 clathrate compound, the only clathrate known so far where the guest positions are fully occupied by a rare-earth element. This compound crystallizes in a cubic unit cell (space group Pm_3n) and presents two types of cages formed...

Abstract: In this work we studied the magnetic behavior of Eu8Ga16Ge30 clathrate compound, the only clathrate known so far where the guest positions are fully occupied by a rare-earth element. This compound crystallizes in a cubic unit cell (space group Pm_3n) and presents two types of cages formed by Ga-Ge atoms (a smaller cage formed by 20 atoms and a larger cage, formed by 24 atoms) inside which Eu+2 guest ions reside. The magnetic moments of these ions order ferromagnetically below TC _ 36 K through RKKY interaction. The aim of this thesis was the investigation of the local magnetic properties of the crystallographic sites occupied by Eu ions, which inside of the larger cages, are located in four off-center positions contained in planes perpendicular to the faces of the cubic unit cell. In this work we describe the synthesis process of Eu8Ga16Ge30 compound. Eu8Ga16Ge30 single crystal was grown from metallic flux method with excess of Ga. We also describe the structural characterization of the samples by high resolution x-ray diffraction and x-ray powder diffraction. Electrical resistivity measurements were performed and showed anomalies not only at TC but also at T* _ 24 K. The same behavior was observed in the literature which indicates that the anomaly found in T* has a magnetic nature. The magnetic properties were studied by macroscopic measurements such as magnetic susceptibility and magnetization versus applied magnetic field. The local magnetic behavior of the compound was probed by dichroic resonant diffraction of circularly polarized x rays. This technique was used to measure site-specific magnetism of the Eu8Ga16Ge30 compound. It was able to provide information about the magnetism of the crystallographic sites 2a and 24k occupied by Eu ions through the study of magnetic hysteresis obtained in the diffraction condition at different temperatures. It was observed that the magnetic behavior of the 2a and 24k crystallographic sites are different for the temperature of 8 K. However, no difference was found for the hysteresis of the two sites on T = 30 K. The results suggest that the magnetic hysteresis of the 24k site at 8 K is formed by several contributions indicating the existence of a magnetic structure where the magnetic moments located on this site are arranged along three mutually perpendicular directions. We also found less structured magnetic hysteresis at T = 30 K which may be related to the presence of a magnetic structure in which all magnetic moments are oriented along a single direction (easy axis of magnetization along [001]). However, the mechanism that describes the magnetic behavior of this compound (spin reorientation or two temperatures of magnetic ordering) has not been fully elucidated