MÖSSBAUER AND MAGNETIC PROPERTIES OF HEUSLER ALLOYS

Résumé
Ce travail discute les modèles théoriques qui sont couramment utilisés pour décrire le couplage magnétique entre les ions Mn, ainsi que les champs magnétiques hyperfins au siège de ions non magnétiques s, p présents dans les alliages X₂MnZ de Heusler. Il montre que les données expérimentales sur la dépendance spatiale de l'interaction d'échange entre ions Mn-Mn dans Pd₂MnSn, sont consistantes avec le mécanisme oscillatoire à longue distance d'action, qui résulte de la diffusion des moments magnétiques de deux ions Mn par le potentiel d'un électron de conduction de type s (couplage à double résonance). Aucune évidence précise n'a été trouvée, qui soit en faveur d'un autre mécanisme plausible de couplage. Le travail passe en revue les modèles actuels, qui impliquent des effets ioniques locaux dans la production de champs magnétiques hyperfins au siège des ions Z non magnétiques. L'étude se concentre tout spécialement sur deux modèles qui décrivent les champs en termes de la structure électronique locale du ion, et des raisons sont avancées pour justifier cette approche. La nature approximative de ces modèles est mise en évidence, ainsi que l'inopportunité conséquente de leur usage au vue d'établir des comparaisons détaillées avec l'expérience. L'accent est mis sur le besoin de davantage d'études théoriques détaillées, en vue d'établir ces modèles sur une base rigoureuse pratique et susceptible d'être perfectionnée. Les mesures de l'effet Mössbauer qui sont rapportées dans ce travail concernent les ions ¹¹⁹Sn et ¹²¹Sn dans les solutions solides des alliages Pd₂MnIn, Pd₂MnSn et Pd₂MnSb de Heusler. La comparaison de ces données Mössbauer avec celles qui sont obtenues par diffraction de neutrons dans les alliages renfermant moins d'électrons que Pd₂MnSn, montre que les différentes structures magnétiques qui sont observées dépendent très sensiblement du nombre moyen d'électrons au siège de l'ion Z. Le mécanisme de couplage magnétique à double résonance s'avère être, au moins qualitativement, consistant avec ces observations. Dans les alliages de composition Pd₂MnSn_xSb_1-x, les champs hyperfins, au siège des ions ¹¹⁹Sn et ¹²¹Sb, changent rapidement avec le paramètre de composition x, quand x s'approche de zéro. Ces propriétés sont discutées en termes des modèles mentionnés précédemment. Quant aux alliages dont la densité électronique approche celle de Pd₂MnSb, on n'observe ni champ hyperfin, ni variation de la température de Curie en fonction de x, qui soit explicable en termes du modèle des électrons libres des bandes de conduction. Des conclusions similaires sont déduites des mesures de l'effet Mössbauer, concernant les ions ¹²¹Sb dans les alliages Pd1+µMnSb, quand 0 < y < 1.

Abstract
Theoretical models that are currently used to describe the magnetic coupling between Mn ions and the magnetic hyperfine interactions at non-magnetic s, p ions in X₂MnZ Heusler alloys are discussed. Experimental data on the spatial dependence of the Mn-Mn exchange interaction in Pd₂MnSn is shown to be consistent with the long-range oscillatory mechanism that arises from the potential scattering of an s-like conduction electron by two Mn moments - the double resonance coupling. No definite evidence is found for any other significant coupling mechanism. Present models that involve local ionic effects in the production of the magnetic hyperfine fields at non-magnetic Z site ions are reviewed. Attention is concentrated on two models that describe the fields in terms of the local electronic structure of the ion, and reasons for this are given. Emphasis is placed on the approximate nature of these models and on the consequent inadvisability of using them for detailed comparisons with experiment. The need for more detailed theoretical work aimed at providing a rigorous basis for application and subsequent refining of these models is stressed. ¹¹⁹Sn and ¹²¹Sb Mössbauer measurements have been made on solid solutions of the Heusler alloys Pd₂MnIn, Pd₂MnSn and Pd₂MnSb. Comparison of Mössbauer data with neutron diffraction data for alloys with fewer electrons than Pd₂MnSn shows that the different magnetic structures that are observed depend very sensitively on the average number of electrons at a Z site ion. The double resonance magnetic coupling mechanism is seen to be at least qualitatively consistent with these observations. For alloys with electron densities approaching that of Pd₂MnSb, rapid changes of both the ¹¹⁹Sn and ¹²¹Sb hyperfine fields with composition are observed. These are discussed in terms of the hyperfine field models previously described and, along with changes in this composition range in other quantities such as the Curie temperature, cannot be explained using the normal free electron-like description for the conduction band. Similar conclusions are drawn from ¹²¹Sb Mössbauer measurements on solid solutions of PdMnSb and Pd₂MnSb.