Bulk magnetic behaviour and metamagnetism of some rare earth–zinc (RZn2; R = Eu, Dy, Er, and Tm) intermetallics

Field: Physics and Astronomy (Physical Sciences)

Magnetic measurements on polycrystalline samples of EuZn2, DyZn2, ErZn2, and TmZn2 are reported as functions of temperature and applied field. All the compounds show a Curie-Weiss behaviour in the paramagnetic region characterized by a positive paramagnetic Curie temperature and effective moments which are close to tripositive free-ion values for DyZn2 and ErZn2, and markedly different for EuZn2 and TmZn2. In EuZn2, Eu is in a divalent state and the observed higher effective moment of 8.22 Bohr magnetons is attributable to conduction electron polarization due to s-f exchange interaction. The effective moment of 6.48 Bohr magnetons for TmZn2 is considerably smaller than the tripositive free-ion value and suggests an intermediate valence state for Tm. The observed positive sign of the paramagnetic Curie temperatures is explained in terms of a modified RKKY interaction which takes into account interelectron interaction between the conduction electrons. All the four compounds order magnetically at low temperatures. EuZn2, DyZn2, and TmZn2 order antiferromagnetically, whereas ErZn2 shows a ferromagnetic ordering. Field-induced metamagnetic transitions are observed in EuZn2, DyZn2, and TmZn2. In EuZn2, a first-order type "spin-flop" transition from the antiferromagnetic state (AF–SF) is observed. On the contrary, both DyZn2 and TmZn2 show a first-order type direct transition from the antiferromagnetic to a paramagnetic phase (AF–P). The different behaviour of EuZn2 as compared to that of DyZn2 and TmZn2 is due to the very low magnetocrystalline anisotropy of Eu in its all-spin divalent state. Es wird über magnetische Messungen an polykristallinen Proben von EuZn2, DyZn2, ErZn2 und TmZn2 berichtet, als Funktion der Temperatur und des angelegten Feldes. Alle Verbindungen zeigen im paramagnetischen Bereich ein Curie-Weiss-Verhalten, das durch positive paramagnetische Curie-Temperaturen und effektive Momente charakterisiert ist, die für DyZn2 und ErZn2 nahe bei den Werten der dreifach positiven freien Ionen liegen, aber für EuZn2 und TmZn2 ausgesprochen verschieden sind. In EuZn2 ist Eu in einem zweiwertigen Zustand, und das beobachtete höhere effektive Moment von 8,22 Bohr-Magnetonen ist der Leitungselektronen-Polarisation als Folge von s–f-Austauschwechselwirkung zuzuschreiben. Der Wert von 6,48 Bohr-Magnetonen für das effektive Moment von TmZn2 ist erheblich kleiner als der Wert der dreifach positiven freien Ionen und läßt auf einen Zwischenvalenzzustand für Tm schließen. Das beobachtete positive Vorzeichen der paramagnetischen Curie-Temperaturen wird in Form einer modifizierten RKKY-Wechselwirkung erklärt, die die Interelektronwechselwirkung zwischen den Leitungselektronen berücksichtigt. Alle vier Verbindungen ordnen magnetisch bei tiefen Temperaturen. EuZn2, DyZn2 und TmZn2 ordnen antiferromagnetisch, während ErZn2 eine ferromagnetische Ordnung zeigt. In EuZn2, DyZn2 und TmZn2 werden feldinduzierte, metamagnetische Übergänge beobachtet. In EuZn2 wird ein "spin-flop"-Übergang erster Ordnung vom antiferromagnetischen Zustand (AF–SF) beobachtet. Im Gegensatz dazu zeigen DyZn2 und TmZn2 einen direkten Übergang erster Ordnung von der antiferromagnetischen zu einer paramagnetischen Phase (AF–P). Das unterschiedliche Verhalten von EuZn2, verglichen mit dem von DyZn2, liegt an der sehr kleinen magnetokristallinen Anistropie des Eu in seinem zweiwertigen reinen Spinzustand.