Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 22, Numéro 10, octobre 1987
Page(s) 1131 - 1138
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:0198700220100113100
Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1131-1138 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220100113100

Crystal and magnetic structures of Fe0.25TiSe2 and Fe0.48TiSe2

G. Calvarin1, J.R. Gavarri1, M. A. Buhannic2, P. Colombet2 et M. Danot2

1  L.C.P.S., U.A. CNRS n° 453, Ecole Centrale, Grande Voie des Vignes, 92290 Châtenay-Malabry, France
2  Laboratoire de Chimie des Solides, U.A. CNRS n° 279, 2, rue de la Houssinière, 44072 Nantes Cedex 03, France


Abstract
The crystal and magnetic structures of the lamellar FexTiSe 2 (x = 0.25 and 0.48) antiferromagnets have been refined from neutron diffraction powder data at several temperatures ranging from 2 to 300 K. For both compounds, Ti is found to be substituted for 8 % of Fe so that the separation of the two metals is not complete. The distortion of the Ti-containing octahedra decreases from x = 0.25 to x = 0.48 i.e. as the lower-occupied d-subband filling increases due to charge transfer upon intercalation. The origin of the previously evidenced magneto-elastic effect for x = 0.48 is shown to lie in the existence of ferromagnetic coupling between nearest-neighbouring iron moments along b (dFe-Ee = 3.59 Å), the exchange parameter of which increases with decreasing distance. The Ti conduction electron spins are shown to be greatly polarized by the Fe localized moments leading to the onset of a commensurate spin density wave below TN. The refinement of the 2 K intensities yields Ti moment values equal to 0.07(3) and 0.31(3) μB for x = 0.25 and 0.48, respectively.


Résumé
Les structures cristallographiques et magnétiques des composés lamellaires antiferromagnétiques FexTiSe2 (x = 0,25 et 0,48) ont été déterminées à partir de l'affinement des spectres de diffraction de neutrons réalisés sur poudres dans le domaine 2-300 K. Une permutation partielle entre les sous-réseaux du fer et du titane est mise en évidence. Pour les deux composés, elle correspond à une substitution de 8 % du fer par le titane. La distorsion de l'octaèdre TiSe6 s'atténue de x = 0,25 à x = 0,48, à savoir lorsqu'augmente le remplissage de la sous-bande d par suite du transfert de charge consécutif à l'intercalation. Pour la phase Fe0,48TiSe2 magnétiquement ordonnée, l'arrangement des spins permet d'expliquer l'effet magnéto-élastique précédemment observé. L'origine du phénomène réside dans la nature ferromagnétique de l'interaction entre premiers voisins fer le long de b (dFe-Fe = 3,59 Å), dont l'intensité augmente lorsqu'ils se rapprochent. Les spins des électrons de conduction du titane sont notablement polarisés par les moments localisés du fer, ce qui se traduit par l'établissement au-dessous de TN d'une onde de densité de spin commensurable. L'affinement des intensités des spectres à 2 K conduit à l'attribution d'un moment de 0,07(3) et 0,31(3) μ B pour x = 0,25 et x = 0,48 respectivement.

PACS
6160 - Crystal structure of specific inorganic compounds.
7525 - Spin arrangements in magnetically ordered materials.
7550E - Antiferromagnetics.

Key words
antiferromagnetic properties of substances -- crystal atomic structure of inorganic compounds -- iron compounds -- magnetic structure -- neutron diffraction examination of materials -- titanium compounds -- crystal structure -- lamellar antiferromagnet -- distorted octahedra -- conduction electron spin polarisation -- magnetic structures -- neutron diffraction -- d subband filling -- charge transfer -- magneto elastic effect -- ferromagnetic coupling -- exchange parameter -- localized moments -- commensurate spin density wave -- 2 to 300 K -- Fe sub 0.25 TiSe sub 2 -- Fe sub 0.48 TiSe sub 2