J. Phys. France 30, 566-578 (1969)
DOI: 10.1051/jphys:01969003007056600

Étude par rayons X. Diffraction neutronique et effet Mössbauer du monoferrite de baryum Fe2O3.BaO

C. Do-Dinh, E.F. Bertaut et J. Chappert

Laboratoire d'Électrostatique et de Physique du Métal, C.N.R.S., Cedex n° I66, Laboratoire de Diffraction Neutronique, C.E.N.-G., Cedex n° 85, 38-Grenoble-Gare, France

Abstract
X-ray diffraction study confirms that barium monoferrite Fe2O 3.BaO crystallizes with an orthorhombic structure (a = 19.074 Å ; b = 5.372 Å ; c = 8.450 Å), superstructure of Al 2 O3.BaO, hexagonal : tetrahedral FeO4 groups are connected exactly like SiO4 groups in tridymite □Si 2 O4 ; practically all Fe-O-Fe linkages are aligned. Neutron diffraction indicates that in the tetrahedral three-dimensional network of Fe atoms, each iron spin of sub-lattice A↑ has four near antiparallel neighbours of sub-lattice B↓ and vice versa. The observed spin-value at room-temperature is Sobs (Fe) = 2.29 ± 0.10, reduced by covalency effects with respect to the theoretical value (extrapolated to T = 300 °K) Sth (Fe) = 2.41. The antiferromagnetism is along the c axis. Mössbauer studies reveal a hyperfine structure which agrees with an antiferromagnetic order along the c axis below TN = 880 °K. It is also established that in the immediate vicinity of this temperature, the internal magnetic field varies approximately as H(T)/H(0) = D(1-T/ TN)β (where β = 1/3), in better agreement with a cluster model than with molecular field theory.

Résumé
L'étude aux rayons X confirme que le monoferrite de baryum Fe2O 3.BaO possède une structure orthorhombique (a = 19,074 Å ; b = 5,372 Å ; c = 8,450 Å), surstructure du composé hexagonal Al2O3.BaO : les groupements tétraédriques FeO4 s'enchaînent exactement comme les groupements SiO4, dans la tridymite □Si2O4 ; presque toutes les liaisons Fe-O-Fe sont en ligne droite. La diffraction neutronique montre que dans la structure tridimensionnelle tétraédrique formée par les atomes de fer, chaque spin d'un sous-réseau A ↑ est entouré de quatre proches voisins antiparallèles du sous-réseau B↓ et vice versa. La valeur observée du spin à l'ambiante est S obs (Fe) = 2,29 ± 0,10, réduite par effet de covalence, par rapport à la valeur théorique (extrapolée à T = 300 °K) Sth (Fe) = 2,41. L'axe de l'antiferromagnétisme est c. L'effet Mössbauer montre que Fe2O3.BaO s'ordonne antiferromagnétiquement selon l'axe c, au-dessous de TN = 880 °K et qu'au voisinage immédiat de cette température (0,80 TN < T < 0,98 TN), le champ magnétique interne suit approximativement la loi H(T) H(0) = D(1-T/TN) β (avec β = 1/3) en meilleur accord avec le modèle de « clusters » qu'avec la théorie du champ moléculaire.

PACS
6166F - Inorganic compounds.
7525 - Spin arrangements in magnetically ordered materials (including neutron and spin-polarized electron studies, synchrotron-source x-ray scattering, etc.).
7680 - Mössbauer effect; other gamma-ray spectroscopy.

Key words
antiferromagnetic properties of substances -- barium compounds -- crystal atomic structure of inorganic compounds -- crystal hyperfine field interactions -- ferrites -- Mossbauer effect -- neutron diffraction examination of materials -- X ray examination of materials -- X ray examination of molecular structure