J. Phys. France 36, 1165-1174 (1975)
DOI: 10.1051/jphys:0197500360110116500

Caractéristiques cristallographiques, propriétés et structure magnétiques de TbPO4 dans la gamme 1,5 K-300 K

J. Coing-Boyat¹, F. Sayetat¹ et A. Apostolov<sup>2

1</sup>  Laboratoire des Rayons X, C.N.R.S., B.P. 166, Centre de Tri, 38042 Grenoble Cedex, France
²  Laboratoire de Magnétisme, C.N.R.S., B.P. 166, Centre de Tri, 38042 Grenoble Cedex, France

Abstract
Magnetic susceptibility measurements, X-ray powder diffractometry in the 2.6-295 K temperature range, and neutron diffraction experiments at 1.5 K, 4.2 K and 300 K have been performed on TbPO4. This compound shows a paramagnetic behaviour for T > 2.2 K. An antiferromagnetic canted spin arrangement has been determined at 1.5 K. The Tb moments are oriented at about 20° from the tetragonal axis in the (110) plane; this value does not agree with the determination of Spooner, Lee and Moos. The magnetic structure is found to be monoclinic, the Shubnikov space group being C2'; the value of the magnetic moment extrapolated to U K is 7.9 μB. A very small crystal distortion, monoclinic or triclinic, occurs below 6 K ; the spin arrangement is compatible with a C centered face monoclinic cell ; the crystal space group is C2 and the Tb local symmetry is then lowered from tetragonal : 42 m(D2d) to monoclinic : 2(C2). The thermal expansion curves are given in the range 2.6 K-295 K : a very large negative thermal anomaly of the a parameter occurs progressively below 170 K, while the c parameter undergoes a usual Debye thermal expansion. Neutron diffraction data allow the interpretation of these latter crystallographic results : the crystal field anisotropy changes with decreasing temperature because oxygen ions surrounding the terbium move in a plane perpendicular to the c axis. The oxygen parameters are :[FORMULA] The lattice parameters' are :[FORMULA] .

Résumé
Le phosphate de terbium a été étudié par diffraction des rayons X entre 2,6 K et 295 K, par mesure de sa suscéptibilité magnétique et par diffraction neutronique à 1,5 K, 4,2 K et 300 K. Les paramètres du réseau quadratique sont : [FORMULE]. Les paramètres des oxygènes sont : [FORMULE](description non centro-symétrique du groupe I41/amd). TbPO4 a un comportement paramagnétique pour toute température supérieure à 2,2 K. L'arrangement des moments du terbium à 1,5 K est antiferromagnétique ; ces moments, colinéaires et situés dans les plans (110), font un angle de 20° avec l'axe c. La symétrie de la structure magnétique est monoclinique, le groupe de Shubnikov étant C2'. La valeur du moment magnétique extrapolée à 0 K est 7,9 μB. Une très faible distorsion du cristal, monoclinique ou triclinique, apparaît au-dessous de 6 K ; or, la maille de la structure magnétique est monoclinique à faces C centrées ; le groupe d'espace est C2(C32) et la symétrie du site de Tb est abaissée de 42 m(D2d) à 2(C2). Les courbes de dilatation thermique entre 2,6 K et 295 K font apparaître une très forte anomalie de dilatation du paramètre a (contraction de 0,04 % entre 6 K et 140 K) alors que le paramètre c suit une loi de Debye ordinaire. Cette anomalie a été interprétée par une variation de l'anisotropie du champ cristallin agissant sur l'ion terbium.

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

Key words
antiferromagnetic properties of substances -- crystal atomic structure of inorganic compounds -- crystal internal fields -- magnetic structure -- magnetic transitions of substances -- neutron diffraction examination of materials -- paramagnetic properties of substances -- terbium compounds -- thermal expansion