J. Phys. France 43, 1707-1716 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:0198200430110170700

Magnetic properties of the ternary oxide glasses, Li2O-B2 O3-Fe2O3 from 57Fe Mössbauer spectroscopy

J.P. Sanchez et J.M. Friedt

Centre de Recherches Nucléaires, 67037 Strasbourg, France

Abstract
57Fe Mössbauer spectroscopy has been combined with bulk magnetic measurements to determine the valence state and coordination of iron as well as the magnetic properties of the ternary oxide glasses, Li2O-B 2O3-Fe 2O3. In all investigated glasses (≤ 8.4 at % Fe), the Fe3+ ions coexist in tetrahedral and octahedral coordinations ; the presence of Fe2+ ions ( < 15 %), which is observed in some glasses, is related to preparation conditions. The magnetic properties of the glasses are governed by the iron content. At low iron concentration (< 3 at %), isolated Fe3+ ions coexist with antiferromagnetic dimers and trimers. At large iron content (3.8 to 8.4 at %) the glasses undergo a mictomagnetic transition to a speromagnetic ordered state. The freezing temperature (Tf), which is frequency dependent, is found to follow a Fulcher law in one sample (5.8 at % Fe) investigated in detail.

Résumé
L'état de valence et la coordination du fer ont été établis par spectroscopie Mössbauer de 57Fe dans les oxydes ternaires amorphes, Li 2O-B2O3-Fe2O3. Dans la gamme de concentrations étudiée (≤ 8,4 at % Fe), les ions Fe3+ sont tétra- et hexacoordinés ; la faible proportion (< 15 %) d'ions Fe 2+, observée dans certains échantillons, est liée aux conditions de préparation. Les propriétés magnétiques de ces verres, établies en combinant des mesures macroscopiques (susceptibilité dynamique et aimantation) et locales (spectroscopie Mössbauer), sont déterminées par la concentration des ions fer. A faible concentration (≤ 3 at %) de fer, des ions Fe 3+ isolés coexistent avec des petits agrégats (2 à 3 atomes) antiferromagnétiques. Pour des teneurs en fer plus élevées (3,8 à 8,4 at %), les verres présentent une transition mictomagnétique conduisant à un ordre spéromagnétique. Dans un échantillon étudié en détail (5,8 at % Fe), la variation de la température de gel (Tf) avec la fréquence de mesure obéit à une loi de Fulcher.

PACS
7530K - Magnetic phase boundaries (including magnetic transitions, metamagnetism, etc.).
7540 - Critical-point effects, specific heats, short-range order.
7550K - Amorphous and quasicrystalline magnetic materials.
7680 - Mössbauer effect; other gamma-ray spectroscopy.

Key words
borate glasses -- iron compounds -- lithium compounds -- magnetic properties of amorphous substances -- magnetic transitions -- mictomagnetism -- Mossbauer effect