J. Phys. France 48, 2103-2110 (1987)
DOI: 10.1051/jphys:0198700480120210300

Kosterlitz-Thouless transition in (CH3NH3)2. CuCl4

M. Aïn

Service de Physique du Solide et de Résonance Magnétique, CEN-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France

Abstract
We present magnetic susceptibility curves, made on single crystals of (CH 3NH3)2.CuCl4 under static and low-frequency applied fields ; also shown, magnetic neutron diffusion patterns obtained from single crystals of deuterated (CD3ND3)2.CuCl 4. During the re-examination of the magnetic behaviour of this compound it became evident that strong magnetic fluctuations persist below the transition temperature at Tc = 8.77 K, and that the magnetic susceptibility does not diverge before T = 0 K. This is supported by previous results [10] obtained by neutron diffraction on single crystals of (CD3ND 3)2.CuCl4, that revealed that there was a large mosaic spread and that most of the magnetic ordering in the crystal was only two-dimensional. This led us to calculate, in the framework of the planar model, the susceptibility of a finite two-dimensional domain, whose final expression reproduces, below Tc, the behaviour of the experimental curve in static field. Thus we deduce that the transition that takes place at Tc is of Kosterlitz-Thouless type.

Résumé
Nous présentons les courbes de susceptibilité magnétique de monocristaux de (CH3NH3)2.CuCl4 faites en champs appliqués statique et basse fréquence, ainsi que des spectres de diffusion magnétique de neutrons, obtenus sur des monocristaux de (CD3ND 3)2.CuCl4. De l'ensemble de ces résultats il paraît évident que de fortes fluctuations magnétiques persistent en dessous de la température de transition à Tc = 8,77 K et que la susceptibilité ne diverge pas avant T = 0 K. Ceci est en accord avec des résultats déjà obtenus [10] par diffraction de neutrons sur des monocristaux de (CD 3ND3)2.CuCl4, qui ont montré qu'il y avait une mosaïque importante et que le comportement magnétique de ce cristal était de nature bi-dimensionnelle. Dans le cadre du modèle planaire, nous proposons un calcul de la susceptibilité d'un domaine bidimensionnel de taille finie, qui rend compte en dessous de Tc, de la variation de la susceptibilité magnétique en champ statique. Par déduction, nous identifions la transition à Tc comme étant de type Kosterlitz-Thouless.

PACS
7525 - Spin arrangements in magnetically ordered materials (including neutron and spin-polarized electron studies, synchrotron-source x-ray scattering, etc.).
7530C - Saturation moments and magnetic susceptibilities.
7530K - Magnetic phase boundaries (including magnetic transitions, metamagnetism, etc.).

Key words
copper compounds -- magnetic susceptibility -- magnetic transitions -- neutron diffraction examination of materials -- organic compounds