The magnetic and thermoelectric properties of NiAs-type Fe_0.89Se

Abstract

The magnetic structure of NiAs-type Fe_1−x Se is made up by two sets of oppositely aligned ferromagnetic layers parallel to the hexagonal (001) plane. The imbalance of the sublattice magnetizations resulting in ferrimagnetism is usually attributed to the ordered arrangement of the metal vacancies. The results of the present paper provide a direct experimental proof of the correlation between the crystallographic order and the magnetic properties. It could not be distinguished whether the observed effects on the magnetization are due to a combined ordering of vacancies and Fe³⁺ ions or to the ordering of the Fe³⁺ ions only. Partial disorder was obtained by quenching samples of Fe_0.89Se from temperatures high enough to destroy the ordered arrangement. As inferred from the magnetization data the order parameter varied from 0.83 to 0.47 according to quenching temperatures ranging from 670 K to 1 270 K. In contrast to the magnetization the ferri-antiferromagnetic transformation occurred invariantly at about 170 K irrespective of the different degree of order. The thermoelectric power was positive and increased with decreasing temperature reaching +49µVK⁻¹ at 85 K. The discontinuity observable at about 170 K coincides roughly with the magnetic transformation indicating magnetic contributions to the thermoelectric power.

Zusammenfassung

Die magnetische Struktur von Fe_0,89Se (NiAs-Typ) besteht aus zwei Sätzen entgegengesetzt gerichteter ferromagnetischer Schichten parallel zur hexagonalen (001)-Ebene. Die Ungleichheit der Magnetisierungen der Untergitter, welche den Ferrimagnetismus verursacht, wird üblicherweise der geordneten Verteilung von Leerstellen zugeschrieben. Die Resultate der vorliegenden Arbeit liefern einen direkten experimentellen Beweis für den Zusammenhang zwischen kristallographischer Ordnung und magnetischen Eigenschaften. Es konnte nicht unterschieden werden, ob die beobachtete Auswirkung auf die Magnetisierung durch die gemeinsame Ordnung der Leerstellen und Fe³⁺-Ionen oder durch die Ordnung der Fe³⁺-Ionen allein bedingt ist. Durch Abschrecken der Proben von Temperaturen, welche hoch genug waren, um die geordnete Verteilung zu zerstören, wurde eine teilweise Entordnung erhalten. Die Ordnungsparameter, welche aus den Magnetisierungsdaten abgeleitet wurden, variierten von 0,83 bis 0,47, entsprechend den Abschrecktemperaturen von 670 K bis 1 270 K. Im Gegensatz zur Magnetisierung vollzog sich die ferri-antiferromagnetische Transformation konstant bei ca. 170 K unabhängig vom unterschiedlichen Ordnungsgrad. Die thermoelektrische Kraft war positiv, nahm mit abnehmender Temperatur zu und erreichte bei 85 K einen Wert von 49µVK⁻¹. Die Diskontinuität, welche bei 170 K beobachtbar war, fällt mit der magnetischen Transformation zusammen und läßt magnetische Beiträge zur thermoelektrischen Kraft erkennen.