J. Phys. France 28, 555-562 (1967)
DOI: 10.1051/jphys:01967002807055500

Couplage quadrupolaire et structures cristallographiques et magnétiques de quelques composés ioniques du fer

J. Chappert

Laboratoire de Diffraction neutronique, Centre d'Études Nucléaires de Grenoble

Abstract
We have studied by the Mössbauer effect technique (Fe57) the ionic compounds of trivalent iron : Fe2O3CaO, FeOF and FexMn1-xTO3 (T = rare earth or yttrium). Information concerning the crystallographic structure is obtained by investigating the electric field gradient (E.F.G.) if the pure electric quadrupole interaction is known (no magnetic interaction). In the case of Fe2 O3CaO, the iron ions are located in two different crystallographic sites and we compare the observed interactions with the interactions calculated from the crystallographic data. For FeOF, the broadening of the spectrum lines allows us to conclude an anionic disorder. This is in qualitative agreement with the calculations of the E.F.G. In FexMn1- xTO3 the crystallographic symmetry of which is hexagonal or orthorhombic (perovskite) depending on x and T, we observe a correlation between the quadrupole coupling and the distortion of the structure. When there is an additional magnetic interaction, the line positions of the hyperfine spectrum depend on the angle between the major principal axis of the E.F.G. and the spin direction. Thus we are able to predict for FeOF a possible magnetic structure which we have checked by neutron diffraction. In hexagonal FexMn 1-xYO3 the expérimental values of the line positions agree with the magnetic structure determined by Bertaut and al.

Résumé
Nous avons étudié par effet Mössbauer (Fe57) les composés ioniques du fer trivalent : Fe2O3CaO, FeOF et FexMn 1-xTO3 (T = Terre rare ou yttrium). Des informations sur la structure cristallographique sont obtenues grâce au gradient de champ électrique (G.C.E.) qui peut être déduit de l'interaction quadrupolaire observée en l'absence d'interaction magnétique. Dans le cas de Fe2O3CaO, les ions Fe se répartissent entre deux sites cristallographiquement différents et nous avons comparé les interactions observées à celles calculées à partir des données cristallographiques. Pour FeOF, l'élargissement des raies du spectre nous a permis de conclure à un désordre anionique, ce qui est qualitativement en accord avec les calculs de G.C.E. Pour BexMn1-xTO 3 dont la symétrie cristalline est hexagonale ou orthorhombique (pérovskite) selon x et T, nous avons relié l'interaction quadrupolaire au degré de déformation de la structure. Si une interaction magnétique se superpose à l'interaction quadrupolaire, la position des raies du spectre hyperfin dépend de l'angle entre l'axe principal majeur du G.C.E. et la direction des spins. Ceci nous a permis de prévoir pour FeOF un modèle de structure magnétique que nous avons ensuite vérifié par diffraction neutronique. Pour FexMn1-xYO3 hexagonal, les valeurs expérimentales des positions des raies sont en accord avec la structure magnétique déterminée par Bertaut et al.

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
Mossbauer effect -- magnetism -- iron compounds -- crystal field interactions -- crystal structure