Crystallographic, optical and magnetic properties of Eu₂SiO₄

Abstract

The crystallographic properties of Eu₂SiO₄ are studied in terms of its isomorph Ca₂SiO₄. The recently discovered monoclinic room-temperature phase is ferroelastic and simultaneously ferromagnetic at low temperatures (T _e=5.40°K). The optical absorption and the dispersion properties have been measured in spectral intervals ranging from 0.5 to 3.6 eV and partly for temperatures between 300 and 500°K. This temperature range includes the ferroelastic-paraelastic phase-transition temperature (T _e=438°K). An anomaly of the dielectric constant atT _e suggests the presence of an unstable phase which would be ferroelectric. The Faraday rotation has been measured on either side of the absorption edge at 300 and 77°K. The recent results on crystal structure allow an explanation of the magnetic behaviour of the two ferromagnetic phases known up to now.

Zusammenfassung

Die kristallographischen Eigenschaften von Eu₂SiO₄ werden in Zusammenhang mit dem isomorphen Ca₂SiO₄ untersucht. Die neulich gefundene monokline Zimmertemperaturphase ist ferroelastisch und zugleich ferromagnetisch bei tiefen Temperaturen (T _e=5,40°K). Die optische Absorption und die Dispersionseigenschaften wurden in Spektralbereichen zwischen 0,5 und 3,6 eV und zum Teil für Temperaturen zwischen 300 und 500°K gemessen. Dieser Temperaturbereich schließt die ferroelastisch-paraelastische Phasenumwandlungstemperatur ein (T _e=438°K). Eine Anomalie der DK deutet auf die Existenz einer unstabilen ferroelektrischen Phase hin. Die Faraday-Drehung wurde auf beiden Seiten der Absorptionskante bei 300 und 77°K gemessen. Die neuesten Angaben über die Kristallstruktur ermöglichen eine Erklärung des magnetischen Verhaltens der zwei bis jetzt bekannten ferromagnetischen Phasen.

Résumé

Nous présentons une étude des propriétés cristallographiques de Eu₂SiO₄ en regard de son isomorphe Ca₂SiO₄. La phase monoclinique découverte récemment comme étant stable à la température ambiante est ferro-élastique et de plus ferromagnétique aux basses températures (T _e=5,40°K). Nous avons mesuré l'absorption optique et les propriétés de dispersion dans des intervalles spectraux s'étendant de 0,5 à 3,6 eV et en partie à des températures s'échelonnant entre 300 et 500°K. Ce domaine thermique comprend la température de transition entre les phases ferro-élastique et para-élastique (T _e=438°K). Une anomalie de la constante diélectrique àT _e suggère la présence d'une phase instable ferro-électrique. Nous avons mesuré la rotation de Faraday de part et d'autre de l'arête d'absorption à 300 et 77°K. Les résultats obtenus récemment sur la structure cristalline fournissent une explication du comportement magnétique des deux phases ferromagnétiques présentement connues.