Kurzfassung
In dieser Arbeit werden die magnetischen Eigenschaften der
Gadolinium-Europium-Sulfid-Mischkristalle in der antiferromagnetischen
Phase und im Spinglas-Zustand untersucht. Dabei liegt der methodische
Schwerpunkt auf der resonanten Austauschstreuung, die elementspezifische
Messungen ermöglicht.
Zusätzlich zur nichtresonanten magnetischen Röntgenbeugung tritt bei den
Seltenen Erden Elementen an den L<sub>¦¦ und L<sub>¦¦¦ -Kanten eine Resonanzverstärkung
des magnetischen Signals auf. Diese kann durch Prozesse in zweiter Ordnung
Störungstheorie beschrieben werden und beruht auf elektrischen
Multipolübergängen. Diese sogenannte resonante Austauschstreuung wurde
zur elementspezifischen Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von
Gd<sub>xEu<sub>1-xS -Mischkristallen mit Zusammensetzungen im Bereich von x=1.0 bis
0.6 verwendet.
Die drei Proben GdS, Gd<sub>0.8Eu<sub>0.2S und Gd<sub>0.73Eu<sub>0.27S bilden bei tiefen Temperaturen eine
antiferromagnetische Ordnung vom Typ II aus, an der sowohl die Gadolinium-
als auch die Europium-Ionen teilnehmen. Mit der elementspezifischen resonanten
Austauschstreuung konnte eine deutlich unterschiedliche Temperaturabhängigkeit der
Untergittermagnetisierung der Gadolinium- und Europium-Ionen beobachtet werden.
Mit Modellrechnungen, die die Frustrationseffekte in dem Mischsystem berücksichtigen,
konnte die Temperaturabhängigkeit der reduzierten Untergittermagnetisierung
beschrieben werden.
Diese Ergebnisse wurden durch magnetische Neutronenbeugungsexperimente bestätigt.
Es konnte somit gezeigt werden, daß die mit resonanter Austauschstreuung gemessene
Streuintensität proportional zum Quadrat der Untergittermagnetisierung ist.
Bei einer weiteren Erhöhung der Europiumkonzentration kommt es zu einem
Zusammenbruch der langreichweitigen magnetischen Ordnung, wie es bei den
Proben Gd<sub>0.67Eu<sub>0.33S und Gd<sub>0.6Eu<sub>0.4S aus einem mittleren Konzentrationsbereich beobachtet wurde.
Bei der Gd<sub>0.67Eu<sub>0.33S-Probe tritt eine antiferromagnetische Nahordnung der Gadolinium-Ionen
über Bereiche von einigen 10 bis 100 Angstroem auf. Eine antiferromagnetische
Nahordnung der Europium-Ionen ist nicht mehr nachweisbar.
Des weiteren wird gezeigt, daß die Methode der resonanten Austauschstreuung
auch spektroskopische Informationen liefert. Die Kurvenform der Energieabhängigkeit
der integralen Streuintensität in der Nähe der Absorptionskanten konnte durch eine
Überlagerung der resonanten Austauschstreuung mit der nichtresonanten magnetischen
Streuung beschrieben werden.
: The aim of this work is to describe the magnetic properties of gadolinium-europium-sulfide-mixed-crystals in the antiferromagnetic phase and the spin-glass range. The methodic main focus lays on the X-ray resonance exchange scattering which enables element specific measurements. In addition to the non-resonant magnetic scattering a resonance enhancement is observable at the L<sub>¦¦ and L<sub>¦¦¦ -edges of the rare earth elements. These processes are based on electric multipole transitions and can be described in second order perturbation theory. X-ray resonance exchange scattering was used to determine element specific the magnetic properties of Gd<sub>xEu<sub>1-xS -mixed-crystals with compositions in the range from x=1.0 to 0.6. The three samples GdS, Gd<sub>0.8Eu<sub>0.2S und Gd<sub>0.73Eu<sub>0.27S exhibit antiferromagnetic order of the second type at low temperatures. The gadolinium- as well as the europium-ions participate in this order. By using X-ray resonance exchange scattering we were able to observe a different temperature dependence of the sublattice magnetization of the two magnetic ions. Model calculations including frustration effects describe the temperature dependence of the reduced sublattice magnetisation. This results were confirmed by neutron scattering experiments. Consequently, it was proven that the scattering intensity of X-ray resonance exchange scattering is proportional to the square of the sublattice magnetization. A further raise of the europium concentration leads to a breakdown of the long range antiferromagnetic order as it was observed for the two samples Gd<sub>0.67Eu<sub>0.33S and Gd<sub>0.6Eu<sub>0.4S . A short-range antiferromagnetic order of the gadolinium-ions of some 10 to 100 Angstroem was detected for the Gd<sub>0.67Eu<sub>0.33S-sample. A short-range order of the europium-ions was not observed. Additionally the X-ray resonance exchange scattering provides spectroscopic information. The line-shape of the energy dependence of the integrated intensity close to the absorption edges could be described by a superposition of X-ray resonance exchange scattering and non resonant magnetic scattering.