Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Локализованные узлы случайно распределяются в решетке, и эта неупорядоченность служит источником энтропии, которая при достаточно высокой температуре стабилизирует эту фазу СЛФУ. То есть она достаточно уменьшает свободную энергию F=U- TS, чтобы скомпенсировалась потеря энергии связи 5f электронов даже при отсутствии магнитного упорядочивания. В фазе СЛФУ вклад 5f электронов в энтропию аналогичен конфигурационной энтропии разупорядоченного сплава. По мере усиления гибридизации или по мере падения температуры (особенно при отсутствии магнитного упорядочивания) 5f электроны внезапно делокализуются в фазу с узкой коррелированной 5f зоной, так как увеличение 5f связи заведомо компенсирует потери электронной энтропии и возможного вклада магнитного упорядочивания в свободную энергию.
Фаза СЛФУ в монохалькогенидах урана. Физическая картина, которую мы применяем в отношении структурного фазового перехода и поведения плутония при плав-
Number 26 2000 Los Alamos Science
Возможная модель 6-плутония
Рис. 2. Результаты расчетов и измерений температур ферромагнитного упорядочивания и низкотемпературных упорядоченных моментов соединения урана с разбавлением f электронов при легировании
На этих диаграммах показано чрезвычайно хорошее согласие между прогнозами и экспериментом относительно магнитных характеристик монохалькогенидов урана.
В таких материалах, как соединение урана с серой US, и давление, и легирование (замена лантаном атома урана) повышают гибридизацию 5f зоны с p-d зоной, что приводит к переходу 5f электронов из сильно локализованного орто-состояния (конфигурация устойчивых f электронов) в двухэлектронное пара-состояние с блужданием (конфигурация быстро флуктуирующих f электронов). Лантан и иттрий очень сходны с химической точки зрения и близки по размеру к урану, но не имеют частично заполненных f оболочек. Следовательно, замена ими урана в системе, такой как UxLa1^S, повышает гибридизацию каждого из f электронов в остальных атомах урана. Аналогия с растворением растворяемого материала (5f электронов урана) в растворителе (электроны зон, отличных от 5f зон атома) с образованием раствора может быть полезна при описании этой ситуации.
B результате при этом уменьшается количество растворяемого материала, в то время как количество материала-растворителя остается прежним, а смешивание обеспечивается гибридизацией. Такое усиление гибридизации приводит к уменьшению низкотемпературного упорядоченного момента и, что интересно, мы ожидаем соответственно увеличения парамагнетизма Паули. Это увеличение действительно наблюдалось (см. рис. 4).
(Воспроизводится с разрешения Американского физического общества, J. Schoenes, Physical Review В, 53 (22), 1996)
Концентрация урана х
(б)
о
1,6
1,2
о
CE
К
Q-
O
0,4
I
_L
0,25 0,5 0,75
Концентрация урана х
1,0
лении, основана на наших чрезвьиайно успешных прогнозах магнитного упорядочивания в классе соединений урана. В течение нескольких лет мы поняли, что существуют два подрежима гибридизованного поведения f электронов: очень слабый режим, связанный с локализованным магнитным (ферромагнитным) упорядочиванием (Sheng, Cooper 1994, Sheng et al. 1994), и слабый режим (Sheng, Cooper 1995), связанный с тяжелофер-мионным поведением, или увеличенной эффективной массой электрона (узкой зоной). На рис. 2(a) приведены результаты расчетов и измерений убывания Tk (температуры перехода в ферромагнетизм) соединения урана UxLa1 XS по мере добавления в сплав лантана. Как поясняется в подписи к рисунку, при таком разбавлении урана лантаном гибридизация f электронов повышается, поскольку число f электронов “растворенного вещества” убывает, а число электронов вне f зоны в “растворителе” остается прежним. На рис. 2(6) приведены результаты расчетов и измерений упорядоченного момента UxLa1 XS при низкой температуре. Лишь недавно (Cooper et al. 1999) мы поняли, что по мере убывания содержания лантана до значений менее 45% ослабление гибридизации f электронов приводит к локализации типа Андерсона, описываемой в настоящей статье. У этого соединения урана магнитное упорядочивание усиливает процесс локализации и приводит к переходу системы из фазы парамагнитного связывания с узкой f зоной к сильно ферромагнитной частично локализованной фазе (СЛФУ).
Для выяснения аналогии между этим фазовым переходом и фазовым переходом в плутонии на рис. 3 мы схематически представили фазовый переход в UxLal xS. Мы рассматриваем поведение слева направо, то есть по мере убывания гибридизации между f электронами и электронами р и/или d зон (и повышения концентрации урана). Слева этот материал находится в фазе 5f связывания. По мере убывания гибридизации этот материал претерпевает усиленную магнитно упорядоченную локализацию Андерсона 5f электронов в фазу СЛФУ типа твердого раствора. Этот процесс может быть полностью самонаведенным, как это описано ниже для нелегированного плутония.
Если произойдет локализация Андерсона, то это энергетически благоприятно для получения максимальной энтропии. Таким образом, чтобы иметь фазовый переход при достаточно высокой температуре при отсутствии магнитного упорядочивания, имеется внезапная локализация на половине узлов решетки, занятых легким актиноидом. Если происходит магнитное упорядочивание, внезапная локализация может иметь место на более чем половине случайно расположенных узлов решетки.
