Messungen magnetischer Eigenschaften von Gadolinium unter Druck

Die Änderung der Ordnungstemperatur

unter Druck wurde mehrmals unter verschiedenen Bedingungen erforscht (Tabelle ). Zur Beurteilung der vorliegenden Messungen wurde der wohl zuverlässigste Wert für den Druckkoeffizienten verwendet:

Dieser wurde von Bartholin und Bloch [Bar 68] bei Messungen der Magnetisierung unter hydrostatischen Druckverhältnissen an einkristallinem Gadolinium parallel zur c-Achse ermittelt.

  
Table: Druckabhängigkeit der ferromagnetischen Ordnungstemperatur
für poly- und einkristallines Gadolinium

Die Druckabhängigkeit der magnetischen Anisotropie

wurde für T=77 K in einem hydrostatischen Druckbereich GPa durch Drehmomentmessungen in einem äußeren Feld von kOe von Toyama et al. [Toy 69] untersucht.
Es zeigte sich eine wesentlich stärkere Druckabhängigkeit der magnetischen Anisotropie von Gd gegenüber der der 3d-Übergangsmetalle Fe und Ni. Die Änderung der Anisotropiekonstante dominiert die der Konstanten und und weist bei GPa einen Vorzeichenwechsel auf. Die Ähnlichkeit der Druck- mit der der Temperaturabhängigkeit im Bereich 77 K 120 K ließen Toyama et al. auf eine Änderung der Elektronenstruktur als Ursprung schließen.

Diese Ähnlichkeit zwischen Druck- und Temperaturabhängigkeit wurde auch in den Drehmomentmessungen von Franse und Mihai [Fra 77] in einem hydrostatischen Druckbereich von GPa ( kOe) beobachtet.
Es zeigte sich unter Druck ein Anwachsen des Drehwinkel zwischen Magnetisierungsrichtung und c-Achse für T=4.2 K und T=77 K. Für T=77 K erreicht der Drehwinkel seinen Maximalwert für p=0.22 GPa. Der Beginn der Spindrehung aus der ursprünglichen c-Achsenorientierung bei K sinkt unter Druck linear mit einer Rate von K/GPa.

Klimker und Rosen [Kli 73] untersuchten mithilfe von Elastizitätsmessungen das Einsetzen der Spindrehung ( GPa) und fanden ebenfalls eine Temperaturverschiebung jedoch mit der Rate von K/GPa.

Die Druckabhängigkeit der Magnetisierung

wurde von Bloch und Pauthenet [Blo 65] bei einer Temperatur von K und einem äußeren Feld von kOe untersucht. Sie bestimmten die relative Änderung der spontanen Magnetisierung , den Anteil der polarisierten Leitungselektronen und berechneten aus den experimentellen Daten die Druckabhängigkeit der Kopplungskonstante zwischen lokalisierten 4f- und 5d 6s-Leitungselektronen:

Diese Ergebnisse zeigen, daß in diesem Temperaturbereich die Kopplungskonstante zwischen lokalisierten 4f- und 5d 6s-Leitungselektronen ein große Druckabhängigkeit aufweist und die Druckabhängigkeit der Magnetisierung auf die der Leitungselektronen zurückgeführt werden kann.

Die Druckabhängigkeit der Gitterparameter

() und () bei Zimmertemperatur wurde von Wakabayashi et al. [Wak 68] untersucht. Dies lieferte zum einen den eindeutigen Nachweis für den Übergang in die Sm-type-Kristallstruktur bei p = 2.5(2) GPa (Abb. ), zum anderen folgende Werte für die Druckkoeffizienten:

Der Wechsel der Kristallstruktur bei p = 2.5(2) GPa ist in Gadolinium mit einem Übergang von ferro- in antiferromagnetische Ordnung verbunden [Wha 65]. Der Übergang in die dhcp (double-hexagonal-closed-packed) Kristallstruktur tritt bei einem Druck von p = 6.5(5) GPa ein.

Die Isotrope Kompressibilität

für den interessierenden Druckbereich wurde von Austin und Mishra [Aus 67] bestimmt:

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