Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
(Слева) При такой трактовке состояния когерентного связывания f электронами в а-плутонии сходны со спокойным течением воды в холодном зимнем потоке. (Справа) По мере нагрева системы спокойный поток переходит в частично локализованное состояние, поскольку блуждающие f электроны из пара-узлов наталкиваются на локализованные ортоузлы и вследствие этого флуктуируют между локализацией и блужданием.
Этот механизм локализации определяет постепенный переход с возрастанием температуры от a-фазы к (3-, у- и 6-фазам нелегированного плутония
Number 26 2000 Los Alamos Science
157
механизм локализации усиливается, а поэтому он начинает действовать при более низкой температуре.
Точка зрения резонансного рассеяния (Coqblin, Schrieffer 1969) подходит к режиму слабой гибридизации. Приняв эту точку зрения за основу, мы исследовали начало магнитного упорядочивания в некоторых соединениях урана - монохалькогенидах урана -по мере убывания гибридизации. Наши расчеты дали чрезвьиайно точное абсолютное предсказание из первых принципов (Cooper, Lin 1998, Cooper et al. 1999а, Cooper et al. 1999b) точки Кюри Tk (переход в ферромагнетизм) и низкотемпературных упорядоченных моментов этих монохалькогенидов урана (Schoenes et al. 1996, Bourdarot et al. 1997, Bourdarot et al. 1999) по мере их перехода при легировании от ферромагнитного упорядочивания к немагнитному поведению. На основе этого мы смогли признать роль ослабевающей гибридизации и возрастающей энтропии в обеспечении обратного направления этого перехода, то есть от сильно коррелированного состояния с очень узкой зоной (иногда характеризуемого как тяжелофермионное поведение или поведение электронов с увеличенной эффективной массой) к состоянию пространственно неупорядоченного локализованного магнетизма (связанные магнитные ионы). Последняя ферромагнитная фаза является фазой СЛФУ типа твердого раствора с узлами двух видов, один из которых (орто) имеет большие упорядоченные моменты, а другой (пара) является гибридизованным и определяющим магнитную связь между ортоузлами.
При отсутствии магнитного упорядочивания, но при достаточно высокой температуре эти же ослабевающая гибридизация и возрастающая энтропия приводят к фазовому переходу между коррелированным с узкой зоной состоянием 5f связывания, которое стабилизирует моноклинный а-плутоний, и фазой СЛФУ типа твердого раствора, характерной для 6-плутония с гцк структурой. Мы обсудим, как происходит этот фазовый переход и как стабилизируется гцк 6-фаза при комнатной и более низкой температуре при добавлении трехвалентных элементов, таких как галлий. Кроме того, мы рассмотрим связь между этим фазовым переходом и понижением температуры плавления плутония.
Рассматривая поведение 5f электронов легких актиноидов, мы уделим особое внимание режиму, при котором влияние на 5f электроны непосредственного перекрытия с 5f электронами других узлов незначительно. В этом случае роль 5f электронов определяется гибридизацией каждого такого электрона с атомными электронами вне 5f зоны, поскольку она ограничивается кулоновским обменным взаимодействием с этими электронами других зон и уменьшается за счет кулоновского отталкивания другими 5f электронами в данном узле. Обращаясь к такой ситуации, можно получить модельный гамильтониан, описывающий 5f электроны, которые взаимодействуют с электронами вне 5f зоны (Sheng, Cooper 1994а). В этом гамильтониане некоторые из величин можно сопоставить с результатами стандартного зонного расчета с использованием метода линейных muffm-tin орбиталей (ЛОМТ) в рамках приближения локальной плотности (ПЛП). [В этом методе потенциал предполагается сферически-симме-тричным в области радиуса rs вокруг каждого узла и постоянным в промежуточных областях. Буквально muffin-tin potential означает “потенциал в виде формочек для приготовления сдобы”.] Другие величины можно вычислять отдельно с использованием информации, получаемой при комбинации нескольких зонных расчетов методом ЛОМТ. В уравнениях (la) - (1в) Hq - гамильтониан без взаимодействия между f электронами и электронами вне f зоны, a H1 описывает взаимодействие между f электронами и электронами вне f зоны:
Поведение 5f электронов в режиме гибридизации
Я = Я0 + Я1 ,
(Ia)
Щ =Iekblh+ lEfcl(R)cm(R)+V ^nm(R)fw(R) и
(16)
Los Alamos Science Number 26 2000
Возможная модель 6-плутония
H1= I [vkm^~ikRblcma(R) +Эрм.сопр]-^ ^JmmW)e'i{k'k^lbkJm(R)cm,(R) . (1в)
kmoR кк' mm',R
В Hq (уравнение (16)) первый член является энергией электронов вне f зоны и получается непосредственно из расчета ПЛП; второй член - энергия состояния f электронов, которую можно определить в ПЛП опосредствованно; и третий член представляет внутриатомное кулоновское f-f взаимодействие, двухэлектронное корреляционное взаимодействие, которое можно также вычислить опосредствованно в ПЛП. Первый член BH1- гибридизация в ПЛП между f электронами и электронами вне f зоны, а второй член - обменное кулоновское взаимодействие между f электронами и электронами вне f зоны. Описание такого двухэлектронного взаимодействия в почти атомном пределе приведено в работе (Sheng, Cooper 1994).
