Magnetic properties and magnetic structures of TmSe at low temperatures

Résumé
Nous avons déterminé les propriétés et structures magnétiques à basses températures d'un échantillon polycristallin de TmSe (a = 5,683 Å) par diverses techniques expérimentales. On a trouvé un moment magnétique effectif de 6,88 µ_B qui correspond à un état de valence de 2,8+, et une anomalie à T ~ 40 K dans la susceptibilité magnétique. Les mesures d'aimantation à basses températures (T = 4,2 K et 2 K) ne montrent aucune saturation et donnent une valeur de 3.8 µ_B/Tm à H ≈ 380 kOe. Nous avons trouvé deux transitions magnétiques à basses températures (T_N1 ≈ 40 K et T_N2 ≈ 3,5 K) par diffraction neutronique. Les ordres magnétiques ne sont pas à longue portée et peuvent être expliqués comme un ordre à courte distance, ou en supposant l'existence de microdomaines magnétiques. Le moment magnétique de l'ion Tm obtenu par des mesures de diffraction de neutrons à 2 K est égal à 2,32 µ_B. Nous avons aussi effectué des mesures du spectre de fluctuations des moments magnétiques par diffusion inélastique de neutrons (temps de vol). Ces mesures n'indiquent aucun splitting dû au champ cristallin. Elles montrent un pic quasi élastique dont la largeur Ɖ(HWHM) diminue quand on baisse la température et suit la loi Ɖ(T) = 0,337 T^0,62. Les mesures d'effet Mössbauer montrent aussi l'apparition d'un ordre des moments magnétiques à T ~ 40 K en accord avec les mesures de susceptibilité magnétique et de diffraction neutronique. Ce comportement magnétique de notre échantillon de TmSe est difficile à comprendre. Nous pensons que c'est la déviation de la stoechiométrie exacte (un manque d'environ 2 % en Tm) et la présence des lacunes qui conduisent à ce comportement anormal par rapport à un échantillon bien stoechiométrique.

Abstract
The low temperature magnetic properties and structures of a polycrystalline sample of TmSe (a = 5.683 Å) have been studied by various experimental techniques. Magnetic susceptibility measurements indicate a Curie-Weiss behaviour at high temperatures with an effective moment of 6.88 µ_B, which corresponds to a valence state of 2.8+. An anomaly in the susceptibility behaviour is also observed at T ~ 40 K. Magnetization measurements at 2 K and 4.2 K, respectively, give no indication of reaching saturation in a field up to 380 kOe and give a maximum moment of 3.8 µ_B per Tm ion. Neutron diffraction measurements show the existence of two magnetic transitions at T_N1 ≈ 40 K and T_N2 ≈ 3.5 K. Analysis of the neutron diffraction spectra indicates that the magnetic ordering is not long-range and can be explained as a short-range order at T ~ 40 K and by assuming the existence of magnetic microdomains below 3.5 K. The magnetic moment per Tm ion at 2 K is equal to 2.32 µ_B. Time-of-flight (TOF) inelastic neutron scattering measurements show no evidence of crystalfield splitting and a Lorentzian quasi-elastic peak with a width Ɖ(HWHM) which follows a temperature dependence given by Ɖ(T) = 0.337 T^0.62. Mössbauer effect measurements show the appearance of some kind of magnetic order at T ~ 40 K in agreement with susceptibility and neutron diffraction measurements. We do not yet have a clear understanding of the magnetic behaviour of our TmSe sample. However, we believe that the abnormal behaviour of our sample is due to deviation from exact stoichiometry and the presence of vacancies caused by a Tm deficiency.