Numéro
J. Phys. France
Volume 48, Numéro 6, juin 1987
Page(s) 1041 - 1050
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:019870048060104100
J. Phys. France 48, 1041-1050 (1987)
DOI: 10.1051/jphys:019870048060104100

Mössbauer spectroscopy of the spin glass compounds FexMg1 - xCl2

F. Bensamka1, D. Bertrand1, A.R. Fert1, G. Jehanno2 et J.A. Nasser2

1  Laboratoire de Physique des Solides, associé au CNRS, INSA, av. de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex, France
2  D.Ph.G./S.R.M., CEN Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France


Abstract
We report Mössbauer measurements on the Ising-type FexMg 1-xCl2 dilute system, which presents a spin-glass behaviour at low concentrations (x < 0.5). Experiments have been performed for three different Fe2+ concentrations x = 0.55, 0.45 and 0.30. Decreasing the temperature, we observe a rapid broadening of the Mössbauer right hand line at TMöss = 9.5 K,7.5 K and 4 K respectively. These temperatures are much higher than the temperatures corresponding to the maxima of the susceptibility curve (7.5 K, 3.7 K and 1.65 K respectively), particularly for the lowest two Fe2+ concentrations. Good fits are obtained by the superposition of a paramagnetic quadrupolar spectrum and of a magnetic hyperfine one, the weight of the paramagnetic component decreasing when the temperature decreases. A distribution of hyperfine field and a relaxation model have also been tested but these two models do not explain the asymmetry of the right hand line of the low temperature spectra. Analysing the quadrupolar splitting we propose an interpretation in terms of clusters : the clusters observed at TMöss correspond to the groups of spins which are nearest neighbours in the cationic plane. When lowering the temperature these clusters grow at the expense of the population of uncoupled spins, a collective behaviour of interacting clusters being probably present at the lowest temperature.


Résumé
Nous présentons une étude par spectrométrie Mössbauer du composé dilué de type Ising FexMg1-xCl2 qui présente pour les faibles concentrations (x < 0,5) un comportement verre de spin. Les spectres ont été réalisés sur trois monocristaux de concentration x = 0,55, 0,45 et 0,30. Les résultats montrent que lorsque l'on abaisse la température un rapide élargissement de la raie de droite apparaît à des températures (respectivement 9,5 K, 7 K et 4 K) nettement supérieures aux températures du maximum de la susceptibilité continue (7,5 K, 3,70 K et 1,65 K), en particulier pour les plus faibles concentrations en Fe2+. Les spectres Mössbauer obtenus à basse température peuvent être décomposés en la superposition d'un spectre hyperfin et d'un spectre paramagnétique. L'intensité de la composante paramagnétique diminue progressivement lorsque la température décroît. Une distribution de champ hyperfin ainsi qu'un modèle de relaxation sont testés mais ne peuvent rendre compte de l'asymétrie de la raie de droite aux basses températures. A partir de l'analyse de la séparation quadrupolaire nous proposons une interprétation des résultats en termes d'agrégats : les agrégats observés à TM correspondent à des groupes de spins en position de premiers voisins dans le plan, lorsque la température diminue les spins isolés ou faiblement couplés viennent grossir progressivement les agrégats entrainant une diminution du pourcentage paramagnétique. Ce mécanisme conduit probablement à un comportement collectif d'agrégats en interaction.

PACS
7170C - Crystal and ligand fields.
7170J - Nuclear states and interactions.
7540 - Critical-point effects, specific heats, short-range order.

Key words
crystal hyperfine field interactions -- iron compounds -- magnesium compounds -- Mossbauer effect -- spin glasses