s 3.b - Digilib

STRUKTUR MAGNETIK
SENY A W A LOGAM T ANAH JARANG TbMnzGcz :
Hasil Sfudi dengan HamburanNeufron Resolusi Tinggi
.s 3.b
SetyoPurwanto
Pusat Penelitian Sains Materi -BAT AN; Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang
ABSTRAK
STRUKTURMAGNETIKPADUANLOGAMTANAH JARANG TbMn2Ge2
: Hasil Studi dengan Hamburan
Neutron Resolusi Tinggi. Diketahuipaduanmagnetikini memilikirasa antiferomagnetikdari sub-kisimomenatom Mn
padadaerahsuhu Tc=95.3K<T<TN=41OK.PadasuhuTc=95.3K,paduanini tersusunsecarakolinierferimagnetik,dimana
momen atom Tb dan Mn berpasangansecara antiparalelsejajar arah sumbu c, dan kondisi rasa ini bertahansampai
suhu 8K. Hasil hamburanneutronresolusitinggi menunjukkanbahwacuplikanyang teranil denganbaik pada suhu 8K
memilikistrukturferimagnetik.Sedangkanpada suhu 125K pola difraksineutronmenunjukkanbahwa paduanmemiliki
strukturantiferomagnetikyang tersusundari momenatom Mn.
ABSTRACT
MAGNETIC
STRUCTURE
REAREARTHMETALCOMPOUNDS
TbMn2Ge2:
High ResolutionNeutron Scattering
Study.Magneticstructureof TbMn2Ge2
compoundhas been determinedby meansof high resolutionpowderdiffraction
method.At the temperaturerange of Tc=95.3K<T<TN=410K,the previouslyproposedantiferromagneticorderingon the
manganesesublattice is confirmed.At Tc=95.3K,Tb momentsbecomeabrubtlyorderedin collinearferrimagneticstate.,
Tb and Mn momentsare coupledantiparallelto eachother alongthe c-axis,and keptthe same magneticstructuredown
to 8K. These resultssupported by high resolutionpowder neutrondiffractionon good annealedsample. At T=125K,
neutrondiffractionpatternshowsthatthe compoundis antiferromagnetic
due to Mn momentatom.
PENDAHULUAN
Paduan intermetalik dengan formula
RM2X2 ( dengan R adalah logam tanah jarang, M
adalah logam transisi 3d atau 4d serta X adalah
Germanium atau Silikon) diketahui memperlihatkan
banyak sifat fisika yang sangat menarik, seperti
sifat superkonduktivitas, kelakuan Fermion berat
clan beraneka ragam struktur magnetik[I].
Kebanyakan dari paduan yang memiliki formula
tadi memiliki struktur tetragonal pusat badan
dengan grup ruang DI7 4h -I4/mmm,
seperti
diperlihatkan oleh gambar I. Atom-atom R, M clan
X masing-masing menempati posisi 2(a), 4(d) clan
4(e). Struktur tadi membentuk lapisan atom yang
tegak lurus terhadap sumbu c kristal yang tersusun
dengan urutan R-X-M-X-R.
Beberapa hasil penelitian tentang bahan
TbMn2Ge2 temyata memperlihatkan data yang
beragam. Berkaitan dengan hasil pengukuran
magnetisasi clan studi hamburan neutron, TbMn2Ge2
memiliki harga suhu Neel dari ordering momen
~11~
atom Mn masing-masing TN= 413K [2] dan 414K
[3], dan ordering momen atom Tb yaitu Tc=33K [4],
IIOK[2] dan 95K .(3]. Menurut Shigeoka dkk[3],
paduan TbMnzGez pada suhu T=77K memiliki
struktur kolinear ferimagnetik dimana momen Mn
berpasangansecara feromagnetik sepanjang sumbu
c dan membuat kopling antiferomagnetik dengan
momen atom Tb seperti diperlihatkan oleh gambar
2(a). Pada model ini ordering magnetik dari momen
atom Tb diikuti dengan reorientasi dari momen
atom Mn yang mana kopling antar kisi dari sub kisi
mom en atom Mn berubah dari antiferomagnetik
menjadi feromagnetik. Sebaliknya, Leciejewicz dan
Szytula
[1]
melaporkan
bahwa
kolinear
antiferomagnetik
dari momen atom Mn pacta
daerah suhu tinggi bertahan terus sampai suhu
Helium Cair 4.2K. Untuk suhu T=77K, struktur
ferimagnetik yang diusulkan adalah seperti
diperlihatkan oleh gambar 2(b). Selain itu diusulkan
pula adanya model dimana momen atom Tb
; Ht.: 111<1
11
,72.653
~
membuat sudut inklinasi terhadap sumbu c kristal.
Suatu hal yang tidak dijumpai pad.. sistem
RMn2Ge2lainnya. ~ifat ini sangat berkaitan dengan
sifat anisotropi dari paduan ini yang mana pada
umurnnya bahan ini memiliki sumbu mudah sejajar
sumbu c kristal.
Makalah kali ini akan melaporkan secara
rinci hasil dari studi dengan hamburan neutron
resolusi tinggi dan sedikit data pendukung dari studi
magnetisasi bahan yang dapat mengklarifikasi
keberadaan rasa magnetik di daerah suhu rendah.
TATA KERJA
Cuplikan bahan TbMnzGez disiapkan
dengan metoda arc-melt pacta kondisi atmosfir gas
Argon. Kemumian bahan dasar yang dipakai adalah
Tb 99.9%, Mn 99.99% dan Ge 99.999%. Peleburan
dilakukan sampai 5(lima) kali untuk meyakinkan
tingkat homogenitas dari cuplikan. Berat Tb dan
Mn dilebihkan sekitar 0.5% dan 5% untuk
mengganti yang hilang selama proses peleburan.
Kemudian cuplikan dianil pacta suhu 1150 derajat
celcius selama 7(tujuh) hari. Fasa yang terbentuk
diperiksa dengan difraksi sinar-X dengan target Fe.
Pengukuran hamburan neutron dilakukan di JAERI
dengan memakai HRPD di JAERI. Panjang
gelombangneutron yang digunakanadalah 1.823
Angstrom yang direfleksikan dari bidang (331)
kristal Ge. Faktor bentuk magnetik dari yang
dipakai adalah data dari E.J Lisher dan J.B
Forsyth[5].
HASIL DAN DISKUSI
11~
~~
~
TM...!.
JMMiT&11..,£;t,
hamburan nuklir dari struktur kristal tetragonal
pusat badan tipe ThCr2Si2. Sedangkan puncak
magnetik yang muncul adalah puncak (Ill)
dan
(113) yang merupakan refleksi yang muncul dari
mom en atom Mn
yang
tersusun secara
antiferomagnetik. Hasil refinement untuk suhu
masing-masing T=8K, 35K clan 125K diperlihatkan
pada tabel I. Hasil penting pada pola difraksi untuk
suhu rendah T=8K clan 9K adalah bahwa untuk
bahan yang sudah teranil dengan baik puncak
impuriti pacta sudut 28 = 130 dan 340 akan
menghilang. lni menunjukkan bahwa puncakpuncak (100)01clan (111)01tersebut yang berkaitan
dengan model struktur magnetik monoklinik
bukanlah puncak intrinsik. Ketergantungan puncak
magnetik (101) dan (Ill)
terhadap suhu yang
memberikan suhu ordering dari sub kisi Tb
T=95.3K diperlihatkan oleh gambar 3, dimana hasil
ini menunjukkan hasil yang mirip dengan kurva
magnetisasi Ys. suhu (Iihat label 2). Hasil
magnetisasi in' mengkonfirmasikan bahwa di
bawah suhu
c=99K pa4uan memiliki sifat
feromagnetk di ana sub kisi Tb akan menjadi
disorder pacta suhu di atas Tc=99K tersebut.
Sedangkan pad suhu T=4.2K (dibawah kondisi
medan magnet luar H=9.5kOe), mom en saturasi
paduan adalah 4.5:t0.25f.lB' harga ini dekat dengan
hasil pengukuran Shigeoka[3] untuk magnetisasi
kristal tunggal yang berharga 5.3f.lD pada kondisi
H=7.2kOe, tetapi agak sedikit berbeda dengan hasil
Narasimhan[4] untuk sampel bubuk dimana harga
momen saturasinya adalah 6.02f.lDuntuk H=20kOe.
Hasil lengkap magnetisasi bahan oleh beberapa
peneliti dapat dilihat pactatabel 2.
Tabel1:Parameter
StrukturdanMagnetik
TbMn2Ge2
8.0
3.991
35
125
3.991
3.990
10.843
10.844
10.845
2.716(8) 2.717(1)
2.718(0)
172.708
172.724
0.375
0.375
9.0
8.2
1.8
1.8
1.8
6.3
8.2
7.8
0.370
I
~
Tabel2.Parameter
Magnetik
HasilMagnetisasi
BahanpadaTbMn2Ge2
Saturasi
MomenI
T c(K)
Ref.
TN(K)
11~
s 1"""~~
TM...t
J"""'i Ttl1"'4t,
Penulis mengucapkan banyak terimakasih
atas bantuanMr. Minakawa, Y. Shimojo dan K.
Nemoto selama eksperimcn dengan HRPD di
JAERI-Jepang.
J.lB/fU
DAFTARPUSTAKA
6.02
33
NO
f41
5.3
95
414
[3]
413
r21
410
Present
Work
NM
10
5.0
99
[I]
ND=tidak
terdeteksi,
NM=tidak
diukur
Sebagai tambahan penjelasan, temyata
hasil pengukuran pada kondisi medan magnet luar
yang sangat tinggi yakni H=150kOe dimana sampel
dalam keadaan bubuk yang bebas orientasi
diperoleh harga momen saturasi sebesar 5.0~8.
Harga ini akan menjadi mengecil yakni menjadi
sebesar3.5~B pada kondisi sampel tidak teroricntasi
bebas. Dari hasil ini dapat diduga bahwa bahan ini
memiliki sifat anisotropi yang sangat kuat sehingga
kecil kemungkinan muncul struktur monoklinik
pada struktur magnetiknya.
KESIMPULAN
Pada penelitian ini telah dilakukan studi
struktur magnetik pada bahan TbMn2Ge2 dengan
difraksi neutron resolusi tinggi dan diperjelas
dengan beberapa hasil studi magnetisasinya.
Pada suhu lebih tinggi dari Tc'=95K, hanya
momen
atom
Mn
yang
berpasangan
Szytula dan J.Leceijewicz, Handbook on the
Physics and Chemistry of Rare Earth,Vol.12,
Elseiver New York(1989)133
[2] J.Leceijewicz dan Szytula, Solid State
Commun.,Vol.49(1984)364
[3] T .Shigeoka,Sci.HiroshimaUniv.Ser.A , Vol.48(
1984)103
[4] K.S.V.L. Narasimhan, V.U.S. Rao, R.L.
Bergner
dan
W.E.
Wallace,
J.Appl.Phys.,Vol.46 (1975) 4957
[5] Iwata,N.,T.Ikeda, T.Shigeoka, H.Fujii dan T.
Okamoto, J.Magn. and Magn. Mater.,Vol.5457 (1986)481
[6] Kobayashi,H., H. Onodera, Y. Yamaguchi dan
H. Yamamoto, Phys. Rev.B.,Vol.43,No.l[7]
[8]
[9]
B(1991)728
Venturiny,G.,B. Malaman, K. Tomala, A.
Szytula dan J.P. Sanchez,Phys.Rev.B, Vol.46
No.1 (1992)207
A.
Szyytula dan I. Szott,Solid State
Commun.,Vol.40(1981) 199
T. Shigeoka, N. Iwata, H.Fujii dan T.
Okamoto, J.Magn. Magn. Mater., Vol.54057
(1986)1343
[10] Y. Morii, Nihon Kessyou Gakkai (in Japanese
), Vol.34(1992) 62
[11] EJ. Lisher dan J.B. Forsyth, ActaCryst., Vol.
A27 (1970)545
secara
antiferomagnetik dengan harga momen sebesar 1.8
~oIMn. Dibawah suhu Tc, paduan ini memiliki
struktur kolinier ferimagnetik. Harga momen Tb
dan Mn adalah 9.0~Brrb dan 1.8 ~B/Mn. Transisi
magnetik yang dilaporkan oleh Leceijewicz dkk(l]
terjadi pada suhu T=26K kemungkinan besar
muncul dari suatu impuritas yang akan hilang hila
sampel dianil pada suhu 1150 derajat Ce/cius
selama 7 hari. Konfirmasi dengan magnetisasi
bahan diperoleh fakta bahwa sifat anisotropi bahan
pada arah sumbu c kristal atau arah (001] sangat
kuat sehingga kemungkinan munculnya struktur
monoklinik clan momen atom Tb membentuk sudut
terhadap sumbu c kristal adalah sangatkecil.
UCAP AN TERIMAKASIH
~I
13114111~
13
~
0
H~
~,.
~
1...4J~ UH"'4t,
Logam
tanah
jarang.{
R)
.Logam transisi( M )
0 Si,Ge( X )
Gambar1 StrukturKristalSenyawa
RM2X2
ModelStrukturMagnetikdari TbMn2Ge2
(a) Mode! Shigeoka
(b) Mode! Leceijewiczdan Szytula
~,
13Ht.:111g
Ke Daftar Isi