J. Phys. France 43, 173-180 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:01982004301017300

Valence state of cerium in the hexagonal CeM5 compounds with the transition metals

D. Gignoux¹, F. Givord¹, R. Lemaire¹, H. Launois² et F. Sayetat<sup>3

1</sup>  Laboratoire Louis-Néel , C.N.R.S., 166X, 38042 Grenoble Cedex, France
²  C.N.E.T., 106, rue de Paris, 92220 Bagneux, France
³  Laboratoire de Cristallographie , C.N.R.S., 166X, 38042 Grenoble Cedex, France

Abstract
The valence state of cerium in CeCo5, CeNi5, CeCu 5 and the pseudo-binary Ce(Ni1-xCux)5 compounds has been studied by means of measurements of lattice parameters, magnetic properties and X-ray absorption. Whereas the lattice parameters of CeCu5 correspond to a Ce3+ valence state, X-ray absorption experiments show that, in CeCo5 and CeNi5, Ce has the same valence state, close to 4 +, as in the insulator CeO2. Stoichiometry deviations in the RCo 5 compounds (R = rare earth) can be correlated with the difference in the anomalies of the α lattice parameter of Ce compounds in the RCo 5 and RNi5 series. In Ce(Ni0.1Cu0.9) 5, Ce is in the 3+ state and the thermal variation of the susceptibility is characteristic of crystal field effects in the Ce3+ ion. In contrast the susceptibility of CeNi5 is one order of magnitude smaller and almost isotropic; as in YNi5, it arises mainly from the Ni 3d electrons which are close to the onset of ferromagnetism. In the Ce(Ni1-xCux) 5 compounds, the Ce valence state decreases linearly with x up to x = 0.3 and more rapidly for higher copper concentrations. The evolution of the Ce valence state is discussed in terms of the band structure of the different compounds, especially the relative position of the Fermi level and the 4f 1 state.

Résumé
Nous avons étudié l'état de valence du cérium dans CeCo5, CeNi 5, CeCu5 et les composés pseudobinaires Ce(Ni1-xCux)5 à l'aide de mesures des paramètres de maille, des propriétés magnétiques et de l'étude de l'absorption des rayons X. Alors que les paramètres de maille de CeCu5 correspondent à l'état de valence Ce3+, les expériences d'absorption de rayons X montrent que dans CeCo5 et CeNi5, le cérium est dans le même état de valence, proche de 4 +, comme dans l'oxyde isolant CeO2. Les écarts à la stoechiométrie dans les composés Rco5 (R = terre rare) rendent compte des différences dans les anomalies du paramètre α des composés du Ce dans les séries RCo5 et RNi5. Dans Ce(Ni0,1Cu 0,9)5, Ce est dans l'état 3+ et la variation thermique de sa susceptibilité est caractéristique des effets du champ cristallin sur l'ion Ce3+. Au contraire, la susceptibilité de CeNi5 est d'un ordre de grandeur inférieure et pratiquement isotrope; comme dans YNi5, elle provient essentiellement des électrons 3d du Ni, qui sont très proches de l'apparition du ferromagnétisme. Dans les composés Ce(Ni 1-xCux)5, le changement de valence du Ce est linéaire jusqu'à x = 0,3 et devient plus rapide pour les plus fortes concentrations. Nous discutons l'évolution de l'état de valence du Ce à partir de la structure de bande des différents composés, en particulier de la position du niveau de Fermi et de l'etat 4f 1.

PACS
6166D - Alloys.
7120 - Electron density of states and band structure of crystalline solids.
7520E - Metals and alloys.
7870D - X-ray absorption spectra.

Key words
cerium alloys -- cobalt alloys -- copper alloys -- lattice constants -- magnetic susceptibility -- nickel alloys -- valency -- X ray absorption spectra