Colloque International du C.N.R.S. sur les Transitions Métal-Non Métal / Metal-Non Metal Transitions

J. Phys. Colloques 37 (1976) C4-283-C4-288
DOI: 10.1051/jphyscol:1976449

THE INFLUENCE OF Sm³⁺ IMPURITIES ON PROPERTIES OF PURE SmS AND ITS ALLOYS WITH LaS

G. CHOUTEAU¹, O. PENA¹, F. HOLTZBERG², T. PENNEY³, R. TOURNIER² and S. VON MOLNAR<sup>3

1</sup>  Service National des Champs Intenses, Centre National de la Recherche Scientifique, B.P. 166 Centre de Tri, 38042 Grenoble-Cedex, France.
²  Centre de Recherches sur les Très Basses Températures,Centre National de la Recherche Scientifique, BP 166 Centre de Tri, 38042 Grenoble-Cedex, France.
³  IBM Research Center, Yorktown Heights, N.Y. 10597 U.S.A.

Résumé
Les composés du type SmS présentent un certain nombre d'anomalies inexpliquées. La résistivité de SmS et des alliages Sm_1-xLa_xS montre une anomalie de type Kondo avec un minimum bien marqué suivi dans quelques cas d'une variation en log T à basses températures. Ceci ne peut être une propriété intrinsèque du matériau car les niveaux excités sont, dans ce cas, trop loin en énergie au-dessus du niveau fondamental singulet pour être à l'origine d'une résistivité magnétique. Récemment la présence d'ions Sm³⁺ a été détectée par résonance électronique dans la région de température où l'effet Kondo est observé : entre 1,2 et 20 K. On a pu estimer, d'après les mesures de R.P.E., que la concentration de ces ions, probablement dus aux défauts, est comprise entre 0,5 et 5 %. Les mesures de chaleur spécifique entre 1 et 4 K ont permis de détecter la présence. d'anomalies non intrinsèques aux matériaux dans SmS pur et quelques alliages avec Y. Nous avons étudié l'aimantation jusqu'à 150 kOe à 1,4 K des échantillons qui avaient été utilisés pour la mesure de la résistivité. Les ions Sm³⁺ porteurs d'un petit moment sont saturés. A très basses températures, jusqu'à 70 mK, dans un champ de 3 kOe, on sature les autres impuretés parasites ayant un plus grand moment. Nos mesures permettent de déterminer le même ordre de grandeur de concentration en Sm³⁺ que les expériences de résonance électronique. Nous concluons que ces composés contiennent des ions Sm³⁺. Ils représentent un nouvel exemple d'impureté de terre rare donnant l'effet Kondo. L'analyse des résultats de chaleur spécifique permet de conclure raisonnablement que l'anomalie due aux ions Sm³⁺ est un effet à une impureté plutôt qu'un effet d'interaction entre impuretés.

Abstract
Compounds similar to SmS exhibit a number of unexplained anomalies. The resistivity of SmS and the alloys Sm_1-xLa_xS sohw a pronounced Kondo type resistivity minimum and in several cases a Log T behaviour at low temperature. This behaviour can not be intrinsic for the excited levels are too far in energy from the singlet ground state to be the origin of the magnetic resistivity. Recently the presence of Sm³⁺ has been detected by electron paramagnetic resonance in the temperature region where the Kondo effect is observed : between 1.2 and 20 K. The number of Sm³⁺, which are probably due to crystalline defects or vacancies, is estimated from the EPR to be between 0.5 and 5 %. Measurement of the specific heat in pure SmS and alloys with Y, between 1 and 4 K, have shown the presence of non-intrinsic effects. We have studied the magnetization to 150 kOe and 1.4 Kin the same samples as those used for the resistivity. The Sm³⁺ which have a small moment are saturated. At very low temperature, 70 mK, and 3 kOe field, the other impurities with a larger moment are saturated. Our measurements give the same order of magnitude for the Sm³⁺ concentration as the EPR measurements. We conclude that these compounds contain Sm³⁺. They are a new example of a rare earth impurity which causes a Kondo effect. Analysis of the specific heat results show that the Sm³⁺ anomaly is a single impurity effect and not an effect of interaction between impurities.