Academic literature on the topic 'XANES / XMCD'

We report the results of a detailed study of EuRh4B4 compound synthesized by an un-common method under high pressure temperature conditions for the first time. Synthesized sample has been initially characterized by X-ray diffraction, macroscopic electrical resistivity and ac-susceptibility methods. The ferromagnetic and superconducting phases were found below 83K and 5.8K respectively. Element-and shell-selective XANES and XMCD techniques have been further applied to check the possible valence transition of Eu ions and their magnetic states. XANES spectra recorded at the Eu L2,3 absorption edges clearly indicate the presence of either magnetic Eu2+ or non-magnetic Eu3+ ions in the sample. The XMCD studies have also shown that local magnetic moments of Eu2+ ions exist in the superconducting EuRh4B4, at least above the transition.

Combinational studies of synchrotron X-rays and neutrons have been performed to determine the site occupancy, valence state and magnetic structure of M-type BaTiMnFe10O19. X-ray resonant scattering studies have revealed the site preference, where Ti and Mn ions are distributed evenly over the Fe1, Fe2 and Fe3 sites of five independent Fe sites. X-ray absorption near-edge structure (XANES) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) results for BaTiMnFe10O19 are similar to those of BaFe12O19 at the Fe K absorption edge. Clear chemical shifts exist at both the Mn and Fe edges, suggestive of a mixed valence of Mn and Fe ions. The Mn K XANES resembles Mn–Zn ferrite, where the observed fourfold peak is explained as the presence of four-coordinated Mn ions, on the basis of the self-consistent calculation of relativistic density functional theory. This can be explained by the presence of spinel substructures within the S block layer. Satellite reflections of 002 ± τ and 004 − τ (τ = 2/3) on 00l were observed at a temperature of 8 K in neutron powder diffraction, due to magnetic scattering on the helicoidal arrangement of ordered spins with a propagation period of c/τ. The magnetic structure observed in the neutron powder diffraction and the XMCD results explain the decreasing uniaxial magnetization from BaFe12O19.

The electronic and magnetic properties of strained tetravalent-ion-doped La0.85Zr0.15MnO3 (LZMO) thin films that were epitaxially grown on SrTiO3 (STO) and MgO substrates were studied using temperature-dependent x-ray diffraction (XRD), x-ray absorption near-edge structure (XANES), x-ray linear dichroism (XLD) and x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) at the Mn L3,2- and K-edge. XRD studies reveal that the LZMO thin films have compressive and tensile strains on the STO and MgO substrates, respectively. As temperature is reduced from room temperature to below magnetic transition temperature, the preferentially occupied Mn majority-spin eg orbital changes from the in-plane dx2-y2 to the out-of-plane d3z2-r2 orbital for LZMO/STO, and vice versa for LZMO/MgO. Experimental results suggest that the new hopping path that is mediated by the Mn2+ ions triggers a stronger d3z2-r2 orbital ordering of Mn3+ ions and enhances the ferromagnetic coupling between the Mn spin moments of t2g electrons in LZMO/STO, whereas the tensile strain stabilizes the dx2-y2 orbital by inducing lattice distortions of the MnO6 octahedra in LZMO/MgO.

Ce travail de thèse vient essentiellement compléter et préciser les études menées sur les composés YbMn6Ge6-xSnx et leurs dérivés au fer. Une seconde partie, plus exploratoire, porte sur l'identification de nouveaux composés associant une terre rare anormale et un sous-réseau 3d magnétique. La série YbMn6Ge6-xSnx présente des signatures de criticité quantique associé à l'instabilité magnétique de l'ytterbium vers x ~ 5 ,23. Les premières mesures de chaleur spécifiques réalisées dans le cadre de ce travail ont permis d'évaluer le caractère « fermions lourds » de ses alliages (γ > 100 mJ.K-2.mol-1). Elles corroborent en outre l'existence du point critique quantique vers x ~ 5 ,23, étant donné l'augmentation du coefficient de Sommerfeld γ (donc de la masse effective) dans les alliages correspondants, en accord avec les prédictions théoriques. Par ailleurs, des mesures XANES et XMCD sous pression, utilisant un milieu transmetteur à bas gradient (He), ont permis de déceler les prémices d'un pic dans la dépendance en pression des signaux, de façon analogue à ce qui est observé dans la dépendance en composition. Une étude thermoélectrique a confirmé l'intérêt de cette technique pour l'étude des systèmes à fermions lourds, avec une réponse thermoélectrique fortement dépendante de l'état de l'ytterbium. Les essais de substitution partielle du fer au manganèse dans les alliages YbMn6-yFeyGe0,85Sn5,15 (0,00 ≤ y ≤ 1,00) ont montré, grâce, entre autres, à la diffraction des neutrons, un renforcement de l'antiferromagnétisme 3d. Cela entraine la réduction du champ d'échange généré au site de l'ytterbium et conduit à la disparition de son magnétisme. Cela constitue donc un autre moyen de traverser l'instabilité magnétique de l'ytterbium. La dernière partie de ce mémoire ouvre la voie sur l'étude de nouveaux composés mettant en jeu une terre rare anormale associée à un sous réseau magnétique 3d. Les nombreux essais de synthèse sur les familles YbMn6-yCoyGe6-xSnx et CeMnGe1-xSix, ont permis de préciser les domaines de stabilité ainsi que les évolutions structurales, malgré la qualité moyenne des échantillons. La série YbMn6-yCoyGe6-xSnx pourrait être particulièrement prometteuse puisque susceptible d'associer deux points critiques au sein d'un même système
The main part of this work completes and clarifies previous studies on the YbMn6Ge6-xSnx compounds and their Fe derivatives. A second exploratory part focuses on potentially promising new compounds in which an anomalous rare earth is associated with a magnetic 3d sublattice.The YbMn6Ge6-xSnx series shows signatures of quantum criticality at the Yb magnetic instability near x ~ 5.23. The first specific heat measurements performed in this work show the heavy fermion character of the alloys (γ > 100 mJ.K-2.mol-1). These measurements also corroborate the existence of a quantum critical point around x ~ 5.23, given the increase in the Sommerfeld coefficient γ (thus the effective mass) in the corresponding alloys, in agreement with theoretical predictions. In addition, XANES and XMCD measurements under pressure, using a low-gradient transmitter medium (He), show the beginning of a peak in the pressure dependence of the signals, similarly to what is observed in the composition dependence. A thermoelectric study has confirmed the importance of this technique for the study of heavy fermion systems, with thermoelectric response strongly dependent on the state of Yb. The Fe for Mn substitution in YbMn6-yFeyGe0.85Sn5.15 alloys (0.00 ≤ y ≤ 1.00) enhances 3d antiferromagnetism. This yields the reduction of the exchange field generated at the Yb site and induces the collapse of the magnetic character of Yb. This kind of substitution constitutes a new way to cross the Yb magnetic instability.In the last part, we have investigated new compounds involving an anomalous rare earth associated with a magnetic 3d sublattice. The numerous synthesis of YbMn6-yCoyGe6-xSnx and CeMnGe1-xSix compounds allow to specify the stability domains and the structural transitions in these series. However, the quality of the samples needs to be improved. The YbMn6-yCoyGe6-xSnx series might be very promising since it could associate two critical points within the same systems

Dans le système YbMn6Ge6-xSnx, l’ytterbium de valence intermédiaire (v.i.) s’ordonne magnétiquement à des températures étonnamment élevées (jusqu’à TYb~125 K). Ce travail contribue à une meilleure compréhension des propriétés physiques de ces alliages grâce à la stabilisation de nouveaux composés dans la gamme de concentration 4,6~2,8). Des expériences sous pression ont souligné l’analogie entre les effets de pression mécanique et chimique. L’augmentation de pression favorise le caractère trivalent et le magnétisme d’Yb. La 2nde partie de ce travail constitue une ouverture vers les matériaux pour les applications magnétocaloriques haute température telles que les pompes à chaleur ou la conversion d’énergie. Elle concerne l’étude des composés Mn4-xFexGa2Sn et Fe3Sn2 qui possèdent des températures de travail supérieures à la température ambiante. Leur EMC est modéré mais comparable à celui d’autres matériaux à transition de 2nd ordre fonctionnant dans la même gamme de température
In the YbMn6Ge6-xSnx system, intermediate valent Yb magnetically orders at an astonishingly high temperature (up to TYb~125 K). This work aims to improve the understanding of the physical properties of these compounds, with an emphasis on the concentration range 4.6~2,8). External pressure experiments showed an analogy between mechanical and chemical pressure effects. Increasing the pressure favors trivalent state and Yb magnetism. In a second part, we investigated the magnetic and magnetocaloric properties of Mn4-xFexGa2Sn and Fe3Sn2. High temperature magnetocaloric applications, such as heat pump or heat conversion, need materials with high Curie temperature. These two compounds have working temperatures above 330 K. The magnetocaloric effect has been evaluated : the magnitude is moderate but close to other compounds with a second order transition near this temperature region

Dans le domaine des couches minces (épaisseur~Å) associant un métal magnétique (Fe, Co, Ni) et un élément non magnétique (essentiellement métallique ou isolant), de remarquables propriétés physiques (aimantation, transport) nécessitent des caractérisations structurales fines. En particulier, citons le cas de jonctions tunnel (métal/isolant/métal) à aimantation perpendiculaire qui sont en cours d'étude au laboratoire Spintec (UMR8191 (CEA/CNRS/UJF). Ces nanomatériaux sont déposés par voie physique (pulvérisation cathodique) au sein de ce laboratoire. Ces nanostructures sont également sondées par diffraction aux rayons X au sein de l'Institut Néel (UPR 2940) via une collaboration entre Spintec et une équipe de cet Institut (Surface, interfaces et nanostructures du Département MCMF, Matière Condensée, Matériaux, et Fonctions). Ces mesures de réflectivité X constituent la sonde privilégiée de choix dans la cadre de cette thèse. D'autres voies sont également exploitées: à l'aide des moyens de rayonnement synchrotron tels que la spectroscopie d'absorption de rayons X : EXAFS, XANES et XMCD. La thèse aura pour but d'étudier expérimentalement ces phénomènes en couches continues sur ces empilements à jonction tunnel avec aimantation perpendiculaire. Plus précisément, le travail de thèse permettra de comprendre les mesures magnétiques (effectuées à l'institut Néel notamment par magnétométrie SQUID et HALL à basse température) grâce à une batterie de mesures structurales (diffraction aux rayons X, rasant, figures de pôles, réflectivité, absorption X ...). Notamment, l'influence des paramètres de dépôt (types de couches, épaisseurs, recuits) du matériau sont étudiées via la collaboration entre les différents groupes de recherche précédemment cités. Cette thématique s'inscrit d'une part dans le cadre de travaux menés à Spintec et dédiés à la recherche de nouveaux matériaux à forte valeur ajoutée industrielle (sur le stockage d'information à ultrahaute densité sur media discrets par exemple). Elle s'inscrit d'autre part dans le renforcement de liens entre recherches fondamentales (laboratoire propre du CNRS comme l'institut Néel) et appliquées (CEA), avec un recours aux solides compétences en caractérisations structurales et magnétiques de l'Institut Néel.

In dieser Arbeit werden drei Lanthanmanganat-Systeme mittels SQUID-(Superconducting Quantum Interference Device) Magnetometrie und XMCD-(X-ray Magnetic Circular Dich-roism) Messungen an den jeweiligen Absorptionskanten (XANES: X-ray Absorption Near Edge Structure) sowie im kantenfernen Bereich (MEXAFS: Magnetic Extended X-ray Ab-sorption Fine Structure) im Hinblick auf die Klärung ihrer magnetischen (Unter-)Struktur untersucht. Bei Lanthanmanganaten wird sowohl im Verlauf des spingemittelten als auch spinabhängigen Absorptionskoeffizienten an der Mn K Kante immer eine energetisch über 40eV ausgedehnte Doppelstruktur beobachtet. Durch Vergleich mit theoretischen Bandstrukturrechnungen und Messungen an Referenzsystemen lassen sich diese Strukturen auf zwei energetisch getrennte, resonante Übergänge in leere Mn 4p Zustände zurückführen. Die Ursachen liegen in der Kristallstruktur der Lanthanmanganate und damit ihrer Bandstruktur begründet. XMCD-Messungen an den La L2,3 Kanten zeigen, dass dieses Element zur Gesamtmagnetisierung dieser Verbindungen nur ein unerhebliches Moment beiträgt und daher in einer Xenon-ähnlichen Elektronenkonfiguration vorliegt. Durch die interatomare Coulombwechselwirkung der nahezu unbesetzten La 5d Zustände mit den magnetisch aktiven Ionen im Kristall dienen XMCD-Messungen an den La L2,3 Kanten als Sonde für die magnetische Lanthanumgebung. Ähnliches gilt für die entsprechenden MEXAFS. Der proportionale Zusammenhang der Größe der MEXAFS mit dem Spinmoment der Nachbarionen besitzt auch bei den Lanthanmanganat-Systemen mit den stark hybridisierten Elektronen der Mn 3d Schale Gültigkeit. Der Spinmoment-Korrelationskoeffizient aSpin gilt auch hier, was eine weitere Bestätigung des MEXAFS-Modells auch für oxidische Systeme ist. Im dotierten System La1.2Nd0.2Sr1.6Mn2O7 koppelt das Neodymmoment innerhalb einer Doppellage antiferromagnetisch zum Mn-Untergitter. Durch die Neodym-Dotierung am La/Sr-Platz im Kristall ist die ferromagnetische Kopplung der Doppellagen untereinander abge-schwächt und die Rückkehr in die antiferromagnetische Phase nach dem Abschalten des äußeren Magnetfeldes damit erleichtert. Das Mn-Bahnmoment ist von nahezu verschwindender Größe („gequencht“). Das System La1.2Sr1.8Mn2-xRuxO7 zeigt mit zunehmendem Rutheniumgehalt eine Erhöhung der Curie-Temperatur, was bei Ruddlesden-Popper Phasen zum ersten Mal beobachtet wurde. Das Ru-Untergitter und das Mn-Gitter sind zueinander antiparallel gekoppelt. Durch Bestimmung der Valenzen von Mn und Ru wird ein dem Superaustausch ähnliches Kopplungsmodell entworfen, womit der Anstieg in der Curie-Temperatur erklärbar ist. Das neu entwickelte XMCD-Experiment auf Basis eines Phasenschiebers und digitaler Sig-nalaufbereitung durch eine Lock-In Software besitzt ein Signal-Rausch Verhältnis in der Nähe der Photonenstatistik und liefert einen großen Zeit- und Qualitätsgewinn gegenüber Messmethoden mit Magnetfeldwechsel. Auf teure analoge Lock-In Messverstärker kann verzichtet werden. Zukünftig erweitert sich mit diesem Aufbau die für XMCD-Experimente zugängliche Anzahl an Synchrotronstrahlplätzen. Diese Experimente sind jetzt auch mit linear polarisierter Röntgenstrahlung an Wiggler/Undulator Strahlplätzen und zukünftigen XFELs (X-ray Free Electron Laser) durchführbar
In this work three Lanthanum Manganate systems are investigated in terms of their magnetic (sub) structures. These investigations are done with SQUID- (Superconducting Quantum Interference Device) magnetometry and XMCD- (X-ray Magnetic Circular Dichroism) measurements at the respective absorption edges (XANES: X-ray Absorption Near Edge Structure) as well as in the MEXAFS (Magnetic Extended X-ray Absorption Fine Structure) range. For Lanthanum Manganates at the Mn K edge there is always seen a double peak structure in the shape of the spin dependent and spin averaged absorption coefficient, which is energetically expanded over more than 40eV. These structures are ascribed to two energetic separated, resonant transitions into empty Mn 4p states by comparing with theoretical band structure calculations and measurements of reference systems and are caused in the crystal structure of the Lanthanum Manganates and with it their band structure. XMCD-measurements at the La L2,3 edges show that this element adds only a negligible magnetic moment to the total magnetisation and La is therefore in a Xenon-like electronic configuration. These measurements probe the magnetic neighbourhood of the Lanthanum in the crystal due to the interatomic Coulomb interaction of the almost empty La 5d states with the magnetic active ions like the MEXAFS. The proportionality of the MEXAFS amplitude with the spin-moment of the neighboring ions is even valid here for Lanthanum Manganate systems with their strongly hybridized Mn 3d shell electrons. The validity of the correlation coefficient of the spin-moment aSpin confirms the MEXAFS-model also for oxide systems. In the doped system La1.2Nd0.2Sr1.6Mn2O7 the Neodymium moment couples antiferromagnetically with the Mn-sublattice within a double layer. The ferromagnetic coupling of the double layers is weak among each other due to the Nd doping at the La/Sr crystal position. Therefore the reversion into the antiferromagnetic phase is relieved after switching off the external magnetic field. The orbital moment of Mn is almost vanishing (“quenched”). The system La1.2Sr1.8Mn2-xRuxO7 shows an increasing of the Curie-temperature with an increase of the Ruthenium doping level, observed for the first time for Ruddlesden-Popper phases. The Ru-sublattice is antiparallel coupled to the Mn-sublattice. A superexchange like coupling model is composed through determination of the valences of Mn and Ru, also explaining the increase of the Curie-temperature. A new XMCD-experiment is developed with phase retarder and digital signal processing through Lock-In software with signal to noise ratio nearby photon statistics. This experiment provides a huge benefit in time and quality compared to XMCD-measurement with changing the external magnetic field. Also there is no need of expensive Lock-In analog amplifiers. Now the number of synchrotron beamlines for XMCD-measurements are increased and XMCD-experiments are realizable also at Wiggler/Undulator beamlines with linear polarized radiation and in future at XFEL (X-ray Free Electron Laser)