J. Phys. France 47, 1931-1937 (1986)
DOI: 10.1051/jphys:0198600470110193100

Magnetism of spinel microcrystals in a Cr3+ -doped cordierite glass : an E. S. R. study

C. Blanchard^{1, 2}, A. Deville^{1, 2}, A. Boukenter^{1, 2}, B. Champagnon^{1, 2} et E. Duval<sup>1, 2

1</sup>  Université de Provence, Laboratoire d'Electronique des Milieux Condensés, 13397 Marseille Cedex 13, France
²  Université Claude Bernard, Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents, 69622 Villeurbanne Cedex, France

Abstract
We have used Electron Spin Resonance to characterize the Cr3+ clusters which grow, during various heat treatments, in a 0.8 % Cr2 O3-doped cordierite glass. We found useful to compare the magnetic properties of these clusters to those of powdered MgCr2O 4. In MgCr2O4 the room-temperature E.S.R. spectrum consists of a single exchange-narrowed dipolar line. An approximate value of the exchange field between the two sublattices at T = 0 K is He ˜ 2 × 106 G, explaining the disappearance of the E.S.R. signal below TN = 15 K. Room-temperature E.S.R. results confirm that the Cr3+ clusters built up during a 100 H-825 °C or a 6 H-850 °C heating have a MgCr2xAl2(1-x) O4 composition, and precise the x value (x ˜ 0.9 ) . At low temperature these clusters are antiferromagnetic fine grains, with a high anisotropy field (Ha ≳ 10 kG). After a 4 h-875 °C + 2 h-900 °C heating, the Cr3+ concentration in the clusters is smaller, whereas after 2 h-875 °C + 10 min-1 050 °C heating, the Cr3+ ions are randomly distributed in MgAl2O4.

Résumé
Nous avons utilisé la Résonance Electronique pour caractériser les amas d'ions Cr3+ qui se forment au cours de divers traitements thermiques dans un verre de cordiérite dopé à 0,8 % en Cr2O3. Nous avons jugé bon de comparer les propriétés magnétiques de ces amas à celles de MgCr2O4 en poudre. A température ambiante le spectre R.P.E. de MgCr2O4 est constitué d'une raie dipolaire rétrécie par échange. Nous avons trouvé qu'à T = 0 K le champ d'échange He entre les deux sous-réseaux est d'environ 2 x 106 G, ce qui explique l'impossibilité d'observer en bande X le signal de résonance en dessous de TN = 15 K. Les résultats obtenus par R.P.E. à température ambiante confirment que les amas de Cr3+ formés au cours d'un recuit 100 H à 825 °C ou 6 H à 850 °C ont une composition du type MgCr2xAl2(1-x) O4, et permettent de préciser la valeur de x (x˜0,9). A basse température, ces amas forment des grains fins antiferromagnétiques, avec un champ d'anisotropie élevé (Ha ≳ 10 kG) . Pour les échantillons ayant subi un recuit de 4 h-875 °C et 2 h-900 °C, la concentration en Cr3+ dans les amas est plus faible. Après un recuit de 2 h-875 °C et 10 min-1 050 °C les ions Cr3+ sont distribués aléatoirement dans une matrice de Al2O3.

PACS
7530E - Exchange and superexchange interactions.
7530G - Magnetic anisotropy.
7550E - Antiferromagnetics.
7630F - Iron group (3d) ions and impurities (Ti-Cu).

Key words
aluminosilicate glasses -- antiferromagnetic properties of substances -- chromium compounds -- EPR line breadth -- exchange interactions electron -- heat treatment -- magnesium compounds -- magnetic anisotropy -- paramagnetic resonance of iron group ions and impurities