Numéro
J. Phys. France
Volume 38, Numéro 5, mai 1977
Page(s) 503 - 507
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01977003805050300
J. Phys. France 38, 503-507 (1977)
DOI: 10.1051/jphys:01977003805050300

Magnon energies and phase transitions of ferrous iodide in a theoretical eight sublattice model

J. Gélard, A.R. Fert, D. Bertrand et P. Carrara

Laboratoire de Physique des Solides , Institut National des Sciences Appliquées, avenue de Rangueil, 31077 Toulouse, France


Abstract
We show that a theoretical model in which the spins are divided into eight different sublattices describes reasonably well the FeI2 magnetic behaviour : in zero magnetic field three AFMR uniform-modes are observed, in high magnetic fields parallel to the spin direction, FeI2 presents a four step metamagnetic behaviour. A spin-wave calculation gives the uniform mode energies as a function of hA (the anisotropy field) and Jpq (the exchange coupling between p and q sublattices). Because of symmetry, the set of couplings Jpq may be expressed in terms of just four couplings and the values hA = 29.6 K, J12 = J 13 = - 1.6 K, J14 = - 8.4 K and J 15 = - 9.7 K give quantitative agreement between theory and experiment. By studying the elementary exchange interaction between ions, we show that the predominant interactions are with nearest and next nearest neighbours along the c axis.


Résumé
Nous montrons qu'un modèle théorique où l'on suppose l'existence de 8 sous-réseaux donne une bonne description du comportement magnétique de FeI2 : en champ nul on observe trois modes uniformes de résonance antiferromagnétique; en présence d'un fort champ magnétique, l'étude de l'aimantation a démontré l'existence d'un comportement métamagnétique en escalier. Un calcul d'onde de spin donne les énergies des modes uniformes en fonction de hA (champ d'anisotropie) et Jpq (couplage d'échange entre les sous-réseaux p et q). A cause des symétries, l'ensemble des Jpq peut s'exprimer à partir de 4 d'entre eux seulement, les valeurs h A = 29,6 K, J12 = J13 = - 1,6 K, J14 = - 8,4 K et J15 = - 9,7 K donnent alors un bon accord entre prévisions du modèle et résultats expérimentaux. L'analyse des couplages d'échange élémentaires entre ions, résultant des valeurs de Jpq obtenues, montre que les couplages les plus forts se font le long de l'axe c avec les ions des plans premier et deuxième voisins.

PACS
7530E - Exchange and superexchange interactions.
7540 - Critical-point effects, specific heats, short-range order.
7550G - Ferrimagnetics.
7650 - Ferromagnetic, antiferromagnetic, and ferrimagnetic resonances; spin-wave resonance.

Key words
antiferromagnetic properties of substances -- antiferromagnetic resonance -- exchange interactions electron -- iron compounds -- magnetic transitions -- magnons -- metamagnetism