Étude par effet Mössbauer, rayons X, diffraction neutronique et mesures magnétiques de Fe1.15Ga0.85O3

Abstract
Fe1.5Ga0.85O3, is piezoelectric, magnetoelectric and crystallizes in the orthorhombic, acentric group Pc21n. The parameters of the unit cell are a = 8.75 Å ; b = 9.40 Å ; c = 5,07 Å ; Z = 8. The compound is as densely packed as α - Fe2O2 (corundum type α - Al2O3) as is seen by comparing with the orthohexagonal unit cell (a', b', c' ; Z = 12) of α - Fe2O3, for a ≈ b', c ≈ a', b ≈ 2/3 c'. Compact oxygen planes are close-packed along the b direction in a ABAC ... ABAC sequence. The cations are distributed on four types of sites labelled Fe1, Fe2, Ga1 and Ge2. The three first ones are octahedral, the last one is tetrahedral. The proportions of Fe on these sites are p1 = 0.90 ; p2 = 0.87 ; p3 = 0.54 ; p4 ≈ 0 (< 0.04). That it is a classical Néel ferrimagnetism is established directly by neutron diffraction and indirectly by the hyperbolic behavior of the plot of the inverse of the susceptibility versus temperature, by the weak moment per atom (1.07 μb/Fe) and by the existence of strongly antiferromagnetic 180° bonds Fe2 - O - Fe1 and Fe2 - 0 - Ga1. The Néel sublattices are A = Fe1 + Ga1 and B = Fe2 (+ Ga2). The uniaxial anisotropy is very high, K = 0.86 × 106 erg/cm3. The direction of easy magnetization is c and according to group theory is associated with an electric polarization along b. The hyperfine field at the 57Fe nucleus tends towards 500 kOe at 0 °K. The two quadrupolar absorption doublets, observed above Tc = 305 °K have an intensity ratio of about 1.6 which corresponds well with (p1 + p3) /p2.

Résumé
Fe1,15Ga0,85O3 est piézoélectrique et magnétoélectrique et cristallise dans le groupe orthorhombique non centrosymétrique Pc21n. Les paramètres de la maille sont a = 8,75 Å ; b = 9,40 Å ; c = 5,07 Å ; Z = 8. Le composé est aussi dense que α - Fe2O3 (type corindon α - Al2O 3), comme le montre la comparaison avec la maille orthohexagonale de α - Fe2O3 (a', b', c' ; Z = 12), car a ≈ b', c ≈ a', b ≈ 2/3 c'. Des plans compacts d'oxygène sont empilés dans la direction b selon ABAC ... ABAC. Les cations se distribuent sur quatre sites, notés Fe1, Fe2, Ga1 et Ga 2, les trois premiers étant octaédriques, le dernier étant tétraédrique. Les proportions de Fe sur les sites sont d'après la diffraction neutronique p1 = 0,90 ; p2 = 0,87 ; p3 = 0,54 ; p 4 0 (< 0,04). Que Fe1,15Ga 0,850O est un ferrimagnétique classique de Néel est établi directement par difraction neutronique et indirectement par l'allure hyperbolique de l'inverse de la susceptibilité en fonction de la température, la faible saturation par atome de fer (= 1,07 μb/Fe) et l'existence de liaisons fortement antiferromagnétiques Fe2 - O - Fe1 et Fe2 - O - Ga1 à 180°. Les sous-réseaux de Néel sont A = Fe, + Ga 1 et B = Fe2 (+ Ga2). L'anisotropie uniaxiale est très élevée K = 0,86 × 106 erg/cm3. La direction de facile aimantation est c et la théorie des groupes y associe une polarisation électrique selon b. Le champ magnétique au niveau du noyau de 57Fe tend vers 500 kOe à 0 °K. Les deux doublets d'absorption quadrupolaire observés au-dessus de Tc = 305 °K sont dans le rapport d'intensité 1,6 ± 0,1, rapport qui correspond bien à (p 1 + p3) /p2.