6
phys. stat. sol. b) 220, 435 2000) Subject classification: 75.30.Cr; 75.50.Lk; S8.16 Magnetic Behaviour for the MnIn 21 ±± z) Ga 2z Se 4 Alloys R. Tovar a), M. Quintero a), E. Quintero a), P. Bocaranda a), J. Ruiz a), A.E. Mora b), L. Ho È eger b), and J.M. Bricen Äo b) a) Centro de Estudios de Semiconductores, Departamento de Fõ Âsica, Facultad de Ciencias, Universidad de Los Andes, Me Ârida 5101, Venezuela b) Laboratorio de Ana Âlisis Quõ Âmico y Estructural de Materiales, Departamento de Fõ Âsica, Universidad de Los Andes, Me Ârida 5101, Venezuela Received November 1, 1999) Polycrystalline samples of MnIn 21 ±±z) Ga 2z Se 4 system were prepared by the melt and anneal techni- que. Low-field measurements of magnetic susceptibility c were made as a function of temperature in the range 2 to 300 K. Values of T N , the Ne Âel temperature, were obtained from the cusp in the c versus T curves. The 1/c versus T curves indicated that for 0 < z < 0.30, the Mn is randomly distributed over the cation sublattice and the compound MnIn 2 Se 4 z = 0) was found to be spin- glass, with T g = 2.75 K and q = ±±94 K. The samples in the composition range 0.75 < z < 1.0 all showed an ordered distribution of Mn 2+ ions on the cation sublattice and were antiferromagnetic showing ideal Curie-Weiss behaviour, T N = 8 K and q = ±±24 K. Introduction Magnetic semiconducting compounds and alloys in which manganese is one of the component elements are of interest because they show both magnetic and semiconductor behaviour [1]. The MnB III 2 C VI 4 compounds fall into this category and in recent works [2, 3], the magnetic behaviour was studied for the MnGa 2 Se 4 , MnIn 2 Se 4 and MnIn 2 Te 4 compounds and for some alloy systems of which they are components. It was found that when the Mn and Ga/In atoms are ordered on the cation sublattice, as in the case for MnGa 2 Se 4 , the compound shows almost ideal antiferromagnetic beha- viour. However, when the Mn and Ga/In atoms are randomly mixed on the cation sub- lattice, as in the case for MnIn 2 Te 4 , the compound shows spin-glass behaviour. It was found that these conditions apply also in the various alloy systems and it was shown [2, 3] that values of the Curie-Weiss constant q, determined from magnetic susceptibility measurements, gave a very good indication of the ordered arrangement of the Mn atoms in the various materials. In the present work, the alloy system MnIn 21 ±± z) Ga 2z Se 4 was investigated. The crystal structure of the terminal compounds has been studied by several workers [3 to 6], and it has been found that the MnGa 2 Se 4 has a defect tetragonal structure h-phase) with lattice parameter values a = 5.674 A and c = 10.757 A, isomorphous with CdGa 2 S 4 , space group I 4 [3]. While in the case of the MnIn 2 Se 4 , the structure has been shown to be trigonal d-phase), with lattice parameter values a = 4.051 A and c = 39.46 A, and space group R 3m [6]. Here, for the alloy system MnIn 21 ±± z) Ga 2z Se 4 , the behaviour of the magnetic suscept- ibility c as a function of temperature T has been investigated for a wide range of z values. From the resulting data, the values of the Curie-Weiss q temperature were used to indicate the ordering of the Mn +2 ions in the single-phase fields. R. Tovar et al.: Magnetic Behaviour for the MnIn 21 ±±z) Ga 2z Se 4 Alloys 435

Magnetic Behaviour for the MnIn2(1—z)Ga2zSe4 Alloys

  • Upload
    r-tovar

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

����� ����� ��� �� ��� ��� �����

������� �������������� ��������� ������ !� �"�#$

������ ���� ��� ��� ��� �������%%��������� ������

�� ����� ��� � �� ���� ��� �� �� ���� ��� �� ������ �� ��� &� ���� �� '��� ��� ��� �� ������� ��� ��( ��� ����� �� ��

��� ����� � ��� �� � ������ ������ ����������� � �������� ��� ��� � ������������������ � �� ����� ������ �� �� !���" ���

�#� ��#����� � ��������� $ ����� % ���� �� ��� � ����������� ����������� � ����������������� � �� ����� ������ �� �� !���" ���

)����*�( +�*�,��� # #---�

.����������� ��,��� �� /�0��#%%"�1��"��� �����, 2��� �������( �� ��� ,�� ��( ����� ������34��� �23���( ,������,���� �� ,�5����� ������������� � 2��� ,�(� �� � �������� �� ��,���������� ��� ���5� � �� ��� 6� 7���� �� &+ ��� +�8� ��,�������� 2��� �������( ���, ��� ���� �� ��� �*����� & ���*��� 9�� #:� *����� & ���*�� ��(�����( ���� ��� � ; " ; ���� ��� /� �� ���(�,�(���������( �*�� ��� ������ ��������� ��( ��� ��,����( /�0����� " < �� 2�� ����( �� �� ����35��� 2��� &5 < ���� 6 ��( � < %%-� 6� 9�� ��,��� �� ��� ��,�������� ���5� ���� ; " ; #�� ����2�( �� ��(���( (����������� �� /��= ���� �� ��� ������ ��������� ��( 2��� ���������,�5��������2��5 �(�� �����3>���� ����*���� &+ < " 6 ��( � < %%�� 6�

���������� /�5����� ��,����(�����5 ��,����(� ��( ���� �� 2���� ,��5����� ����� �� ��� ��,������ ��,���� ��� �� �������� ������� ���� ���2 ���� ,�5����� ��(��,����(����� ����*���� ?#@� 9�� /�A000� �

70� ��,����(� �� ���� ���� ����5��� ��( ��

������ 2��!� ?� �@ ��� ,�5����� ����*���� 2�� ���(��( ��� ��� /�1����� /�0�������( /�0��9�� ��,����(� ��( ��� ��,� ��� �����,� �� 2���� ���� ��� ��,�������� 0�2�� ����( ���� 2��� ��� /� ��( 1�:0� ���,� ��� ��(���( �� ��� ������ ��������� ���� ��� ���� ��� /�1����� ��� ��,����( ���2� �,��� �(�� ���������,�5����� ����3*����� B�2�*�� 2��� ��� /� ��( 1�:0� ���,� ��� ���(�,� ,�C�( �� ��� ������ ���3������ �� �� ��� ���� ��� /�0��9�� ��� ��,����( ���2� ����35��� ����*����� 0� 2������( ���� ����� ���(������ ���� ��� �� ��� *������ ��� �����,� ��( �� 2�� ���2� ?� �@���� *���� �� ��� �����3>���� �������� � (����,���( ���, ,�5����� �������������,������,���� 5�*� � *��� 5��( ��(������� �� ��� ��(���( �����5�,��� �� ��� /����,� �� ��� *������ ,��������0� ��� ������� 2��! ��� ��� �����, /�0��#%%"�1��"��� 2�� ��*����5���(� 9�� ������

��������� �� ��� ���,��� ��,����(� ��� ���� ���(��( �� ��*��� 2��!��� ?� �� $@ ��(�� ��� ���� ����( ���� ��� /�1����� ��� � (����� �����5��� ��������� �3������ 2��������� ����,���� *���� � < ��$�� �� ��( � < #����� �� ���,������� 2��� �(1���� ����� 5���� 0�� ?�@� >��� �� ��� ���� �� ��� /�0����� ��� ��������� ��� ���� ���2� ���� ���5��� �3������ 2��� ������ ����,���� *���� � < ����# �� ��( � < �-��$ �� ��(����� 5���� '��� ?$@�B��� ��� ��� ��� �����, /�0��#%%"�1��"��� ��� ����*���� �� ��� ,�5����� �������3

������ � �� � �������� �� ��,�������� & ��� ���� ��*����5���( ��� � 2�(� ���5� �� "*����� D��, ��� �������5 (��� ��� *���� �� ��� �����3>���� � ��,�������� 2��� ���(�� ��(����� ��� ��(����5 �� ��� /�=� ���� �� ��� ���5�3����� ���(��

�� ����� �� ��� /�5����� A���*���� ��� ��� /�0��#%%"�1��"��� '��� ���

��� �� !�� ������ ��� "# �������� $���%��� 9�� ������������ ��,��� ��/�0��#%%"�1��"��� ���( �� ���� ���(� 2��� �������( �� ��� ,�� ��( ����� ������4�� ��� (���������� �� ��� ����������� ��*��5 ���� �������( ���*����� ?�@� 0� ���� ���� �1������ E3��� ��2(�� �����5���� 2�� ��!�� �� ��� �������( ��,�� �� ����! ��� �4��3�����, ���(������ �� 2� �� ��� �������� �� �����(��� ������ �� ��� ���� '���� ����4�������, ���(����� �� ��� ,������ 2�� ����!�( �� � ���5�3����� ��,��� ,�53����� ������������� � ,������,���� �� � �������� �� ��� ��,�������� & ���, � �� ��� 62��� ,�(� ����5 � F�����, G���5� /./�3� �FH0G ,�5����,���� 2��� �� �C�����,�5����� ���( �� # � #�%%� 9� 9�� �������5 #:� *����� & ���*�� 2��� ������( �� 5�*�*������ ,�5����� ����,����� �� (�������( ���2�

"# �������� &������ /������,���� �� ,�5����� ������������� � 2��� ,�(� �� � ����3���� �� ��,�������� �� ��,��� ���2� �� ��� E3��� �����5����� �� �� ���5� ������9�� �������5 5����� �� #:� *����� & 2��� ����( �� �� *��� ��,��� �� ���, �� ������������( ���*����� ��� /�A000� �

70� ��( ��� ��,� ���� �����,� �� 2���� ���� ��� ��,3

������� ?� �@ ��( ������ ���*�� ��� �2� (�������� ���5� ����� ���(� ��� ���2� �� D�5��#� ��( �� 0� ��� ���5� ���� ; " ; #�� � ���(� D�5� #� ��� ��,��� ���2�( �(�� ����3�����,�5����� ����*���� 5�*��5 � ����� #:� *����� & ���, (�2� �� ��� +�8� ��,����3���� &+ 2���� 2�� �����*�( �� � ����� ���� �� ��� 5����� B�2�*�� ���� �� ��� ���5�� ; " ; ���� � ���(� D�5� #� ���2�( (�*������� ���, ��� ����� �����3>���� ����*������ �2�� ��,��������� ��(������5 ������ ����35��� ����*���� �� � ,�C���� �� ���� ����35��� ��( ���� ���������,�5����� ���,� 0� � ����� ��� ����� ��5���� �� ��� #:� *����� &5����� 2��� �C��������( �� ������ *���� �� ��� �����3>���� ��,�������� ��'� ,�������( ���*� ��� ���*� �� D�5� #� ��� � ��,�� 2��� " < ��- ���2� � ����� #:�

*�������� 2��� & �*�� ��� ��,���� ���5� ��*����5���( 2��� � �����3>���� � *��� ����� 6� 9�� ���*� �� D�5� #� ��� ��� " < ��� ��,�� �� ����� (�2� �� �����C�,������ 6 ��� ���2 ���� ��,�������� (�*����� ���������� ���, ��� �����3>���� ����*�����0� ���� ���� �C���������� �� ��� ����� ��5��� �� ��� ���*� 5�*� � *��� �� � �� ������#�� 6�

��$ �� ����� �� ��

D�5� #� 7�������� �� #:� 2��� & ��� ������ /�0��#%%"�1��"��� ����� �� ��,�� 2��� " < ��- �� ��,�� 2��� " < ���

'� 2�� ���2� ���*����� ?�@ ��� ���������,�5����� ����*���� ������ 2��� ��� /����,� ��� ��(���( �� ��� ������ ��������� 2��� (����(���( ���(�, (����������� �� ���/� ������ �� ��� ����35��� ���,� 9��� ��� *���� �� � �������( ���, ��� ,�5������������������ ,������,���� 5�*� � *��� 5��( ��(������� �� ��� (�5��� �� ��(�� �� ���/� �� ��� ������ ���������� 9�� �������5 *���� �� � �� � �������� �� " ��� ���2� ��D�5� ��

������� ��� '������ '� ��(�����( ���*� �� �2 ��,��������� �2� ���5�3��������( ���(� ������ 9�� ����� ��� �� ��� � ���5��� ���, ����( �� � ����3���!�( ����������� 2��� ��� /� ��( 0� ���,� ��������5 ���� �������(�� ��( ������(�� �����3������ �� ��� �� ��������� ��( ��� �����( ��� �� ��*��5 ��(�3�������( �����5������, ����( �� ��,� ������ ��(����5 �� ��� I������(� ���������� >��� ��� ���������3��� ��,��� ���( �� ��� ������� 2��! �� �� 4���� (������� �� ,�!� ��� ����,��� ���,��� ��2(�� E3��� (��� �� ��� �����5�,��� �� ��� /� �� ���� ������� B�2�*�� �� 2�����2� ���*����� ?� " -@ ��� ���� �� ��,��� ����� (��5��,� ��� *���� �� ��� �����3>���� �������� � (����,���( ���, ,�5����� ,������,���� 5�*� � 5��( ��(������� ����� ��(����5 �� ��� /� ���,� �� ��� ������� 9��� �� ��� ������� 2��! ��� *���� �� ����2� �� D�5� � ��� �� ���( �� 5�*� �����,����� �� ��� ���, �� ��� � ��( � �������D�� ��(���( ���������� 2���� ��*� � ��(�3�������( �����5��� ������ 2��� �:� � �

����( �� � ����� I������(� ���� ����� ��� ������ ���, � ����� ����3���!�� �������9�� ������ ����� ���, ���� (�������� ����� ��� ����� �� ���� ���� ����5 �(������ ��������� ��� ��(�3�������( ��,,���� ��( ����� ��� �� ���*������� ����(�

�� � � � ��( #:� #:� #:� � ��� #:� #:� � ��( � � #:� �

���� � #:� #:� ��( #:� � �:� � �*� #:� � #:� ��( � #:� �:� �

9���� ��������� ��� ��� �� ����( �����(��5 �� ��� ����(��( �������5������ ��,��3������ *�I�

0�� � �� %%�� ��� %%�� ���� %%�� ��( �*� %%�( �

0���� � �� %%�� ��� %%�� ���� ��( �*� %%�( �

/�5����� A���*���� ��� ��� /�0��#%%"�1��"��� '��� ���

D�5� �� 7�������� �� �����3>���� �������� � 2�����,�������� " ��� ��� /�0��#%%"�1��"��� ������ ��,��� ���2��5 ����� �����3>���� ���,D�5� #��� � ��,��� ���2��5 ��5�������� (�*��3���� ���, �������� �� �����3>���� ��� D�5� #��

�- ������� �� ���:#

���� ���� ��( �*� ,��� �� �(�������

0���( � �� ��( ���� %%�� ��� ��( �*� %%�� �

���� �� ��( ���� ��� �(������ ��� ��( �*� ��� �(�������0� � ���*���� 2��! ?"@ �� 2�� ���2� ���� �� ��� /� ���,� ��� ������� �� �� ���

��� �� ��� ���� (�������� ����� �������5 �� 0�� �� 0���, ��,,����� �� �� �� �2� �� ������� (�������� ����� �� �� ��4����( ��� 0���(� 2��� ���������,�5����� �C����5� ���2������ /� ���,� �� ����������� ������ ��� ,������ ���2� ��� �(�� �����3>���� ����3*���� (�������( ���*� ��( �� ���2� ���������,�5����� ����*���� ���2 &+�D�� ��� ����� 2��� ��� /� ���,� ��� ���(�,� (���������( �*�� �� ����� (��������

����� �� (� �*�� � �� ��� �*����� ����� 2��� ���������,�5����� ����������� ���2������ /� ���,� ����������� 2� �2��� ����� ��� 5��,���� �� ��� �������( ����� ����5�(������ 2��� ���� ��� ����3�������( ����� �����>��� ��� ��� �����, �� ���(���( �� �����������5 � �������� �� ���3,�5����� �������

�� /� ���,� ��� *���� �� � ��� ����( �� *��� ������ 2��� ��� /� ������������� ���� 5�*�� /� ������������� � ����5� �� ��� ��(����5 �� ��� ���3,�5����� ������� ��������� � �,� ����5� �� ��� *��� �� � ?"@�)�������5 �� ��� ,�5����� (��� �� �� ���� ���, D�5� � ���� ��� � *���� �� ���� �2�

5������ D�� � �� ��� /�1�����3���� ��,��� " J ����� ��� #:� *����� & ���*�� ��� ������ ���2� �� D�5� #� ��( ��� *���� �� � ��� �����*�� �2 ��( 2����� �C����,�����,��� ��,��� �������� 2��� " ��� *��� ����5 � %% �" 6 �� 5��( �5���,��� 2��� ���*��� �������( ���*����� ��� ��� /�1������ 9��� ��(������ ���� ��� ��,��� ���2��5 �������������,�5����� ���, ��� /� ���,� ��� ��(���( �� ��� ������ ��������� �� ���� � 2������ ,�5����� ����������� (��� ��� ����� ���2 ��� ,�5����� ��(����5 ��,�������� &+�9��� ��� /� ���,� ��� �������( ������ �� ��� ���� �� ���� ��5� �� ���� �� �� �� �2� ����� ��5� �� �� ��( ���� ����� ��� ��� �� ����� �� ���� ����� �� ���� ����� ���� 2��( ����� �������������� D�� ��� ����� 5���� 0�� 2���� �� ��� ��� �����5��� ���, �� ��� ������� ���3��, ��� ���������� �� �2� ����� ��5� �� ��( ���� �� ���( ���� 9��� ��� ���� 0�� ��,,��������� ��� �������( �� �� /� ��� 1� �� 0� ���� 1� �� 0� ��( �*� *�������D�� ��� /�0�����3���� ���� 2��� ���5��� ��,,���� � ; " ; ����� ��� #:� *����� &

���*�� ��� �� ���� ���2� �� D�5� #� 5�*��5 ��5� *���� �� � � %% #�� 6� 2���� �����,��� �������� 2��� " �� �� �� ���� �� D�5� �� 9���� ��5� *���� �� � ��( ��� ��5�(�*������� ���, �����3>���� ����*���� ������, ���� ��� /� ���,� ��� (���������( �����(�, �� ��� ������ ��������� �������5 �� � ����35��� ����*�����D�� ��� ���� �� /�0����� " < �� G�K �� �� ?$@ �������( � *��� ��� � �� %% $� 6 ��(

����( �� ��(������� �� � ,�5����� ���������� ���*� � 6� B�2�*�� ��� ������� (�����(����� ���� /�0����� ��� � < %% -� 6 ��( ���2� � ����35��� ���������� �� &5 < ���� 6�A������ �� ��(�����( ���*� ��� ,�5����� ����*���� �� ����� ,������� �� �������*� ����� (���� �� /� ����������5 �� ��� ������ ��������� �� �� ������� ���� ��� (�������������2��� ��� ������� ������ ��( ����� �� G�K �� �� ��� (�� �� (���������� �� ��� ,���3�(� �� ����������� �� ��� /�0����� ��,����

(�������� 0� �� ���� ���� ��� *���� �� �����3>���� �������� � (����,���( ���, ���,������( *�������� �� ,�5����� ������������� 2��� ��,�������� ��� *��� ����� �� (����3,����5 ��� ��������� �� ��� /� ���,� �� ��� ������ ����������9�� ������� ������ ������, ��� ��������� �� ��� /� ���,� �� ��� ���5��� ��������� ��

/�0����� ?$@ ��� ��(����� ���� ��� ��,����( ���2� ����35��� ����*���� 2��� � ������3

��" �� ����� �� ��

���� ��,�������� &5 �� ����� ���� 6� >��� ��� ,�5����� ����*���� �� /�1����� ��4���� (��������� /�1����� ���2� ��������� �(�� ���������,�5����� ���, 2��� ���5���� �� #:� *����� & ����5 � �����5�� ��� (�2� �� ��� +�8� ��,�������� &+ 2��� &+ <" 6 ��( ��� �����3>���� ��,�������� � < %% �� 6�

&��������

?#@ ���� ����� � ��( &� 6����� G����( /�5����� ��,����(������ ��,����(������ ��( ��,�,�3��� L(� )�6� >� ����� ��( '��� A��� '��(�,�� .���� +�2 M��! #-"" 7�� �� ����� #��

?�@ &��� !�� ��� �� ��� �� ��� ��( /� �� ���� ����� ����� ��� �� �)* �$# #--���?�@ )� ��"��� #� $�% � &��� ��( G� D���%��� &� .����4�� �+ #��- #-"���?�@ /� �� ����� � ������"�� '� ������� �� ������ ��� ��( &��� !�� �� &� .���� ���,� ��3

�(� ), �-# #--���?�@ �(� $�"�� � ��( �� 7����� �� /����� )��� A�� �+ #�#- #-""��?$@ 1� )�� � �#%� ��*+$��� ��� #%� � ��� ���� ���"� � ��( L� A��%�� &� ������ 1��2�� ���

�-� #--���?�@ /� ������"�� � �� ����� ��( &��� >�� �� &� ���( ����� ���,� ��) �#� #--���?"@ )� #��� ��� � �� ����� ��( &��� >�� �� &� ���( ����� ���,� ��� ��- #--���?-@ � �� ����� � ��,-��� � ������"�� '� ������� �� ������ ��� &��� !�� ��� (� ��"���%��

��( )� ��� �� �� ����� ����� ��� �� �*+ ��� #--$��

/�5����� A���*���� ��� ��� /�0��#%%"�1��"��� '��� ��-

�-N