Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
530 —1-----------------------------1-1-1-1—
300 350 400 450 500
Температура (К)
Рис. 5. Восприимчивость в зависимости от температуры для сплава плутония с церием Pu0 94Се0 06 Аппроксимация по точкам данных, рассчитанная с помощью уравнения (2), показывает, что этот сплав плутония также обнаруживает обобщенный парамагнетизм Паули. (Этот график воспроизводится с разрешения редакции журнала Journal of Alloys and Compounds, 123, S. Merot-Reymond «Локализация 5f электронов в 5-плутонии: Доказательство эффекта Кондо», с. 122, авторское право 1996 г., Elsevier Science)
Number 26 2000 Los Alamos Science
165
количеством галлия схематически изображен на рис. 6). Предполагается, что случайным образом расположенные атомы галлия обеспечивают достаточно сильное рассеяние (а следовательно, и уменьшение гибридизации), чтобы температура перехода в фазу СЛФУ была ниже комнатной.
Один из способов количественной оценки распределения между пара- и орто-плу-тонием как функции содержания галлия основан на предсказании, что увеличение гибридизации (с последующим увеличением числа пара-узлов) приведет к уменьшению низкотемпературного упорядоченного момента для определенных магнитно упорядоченных соединений. Это уменьшение будет соответствовать увеличению парамагнитной компоненты Паули3 парамагнитной восприимчивости при температурах выше (см. рис. 4 и 5). В настоящее время производится экспериментальное подтверждение этого количественного соответствия между увеличением восприимчивости Паули и уменьшением упорядоченного момента для ряда магнитно упорядоченных соединений урана. Если это на самом деле подтвердится, то можно будет считать оправданным использование нами измерений восприимчивости стабилизированного галлием гцк плутония при изменении содержания галлия как способа количественной оценки распределения между пара- и орто-конфигурациями плутония. Можно ожидать, что компонента восприимчивости Кюри - Вейсса (количество орто-узлов) будет увеличиваться с увеличением содержания галлия, поскольку, как это будет пояснено далее, гибридизация ослабляется с увеличением содержания галлия.
Эффект легирования сернистого урана US совершенно отличен от эффекта легирования плутония, поскольку нелегированное соединение US ферромагнитно. У него уже имеется орто-пара смесь при низких температурах, и неупорядоченное распределение 5f орто-узлов обеспечивает “дефекты”, препятствующие полному распространению связывающих 5f волн. Поэтому влияние замены урана лантаном в US заключается в разбавлении 5f электронов урана и, как это объясняется в подписи к рисунку 2(a), тем самым усиливается гибридизация.
В нелегированном плутонии энергия 5f связывания достаточно высока, чтобы произошел переход в фазу СЛФУ при отсутствии магнитного упорядочивания. При нулевой температуре все узлы плутония находятся в пара-конфигурации и основное состояние представляет собой моноклинную a-структуру, стабилизированную 5f связыванием. Зона 5f электронов, для которой характерно 5f связывание, подвержена гибридизации с электронами 6d зоны (валентными) других узлов плутония. Этот процесс приводит к образованию узкой 5f зоны с высокой плотностью состояний вблизи энергии Ферми. Почти всегда в такой узкой зоне (высокая плотность состояний -“почти полное вырождение” на уровне Ферми) снижение свободной энергии благоприятствует какому-либо виду искажения Яна - Теллера, нарушая вырождение (в 6-плутонии силы упругости стабилизируют вырождение, свойственное гцк структуре). Однако при T = О система еще “должна выбирать” самое благоприятное искажение, и это, по-видимому, в случае моноклинной структуры а-плутония с низкой симметрией отражает направленность слабого 5f связывания (Soderlind et al. 1997).
Почему уменьшается гибридизация при добавлении галлия в плутоний. Влияние замены плутония галлием в элементарном плутонии совершенно отлично от эффекта замены урана лантаном или иттрием в монохалькогенидах урана. При замене урана лантаном или иттрием валентные d электроны лантана (5d) или иттрия (4d) просто смешиваются в гибридизованную d зону, образованную из 6d валентных электронов урана. Следовательно, имеют растворитель с практически неизмененной зоной, содержащий меньшее количество растворенных 5f электронов урана, и эффект заключается в увеличении гибридизации d зоны в расчете на 5f электрон урана, при этом возникает делокализация 5f электронов как доминирующий эффект. С другой стороны, при замене плутония галлием валентные 4р электроны галлия конкурируют с 5f электронами плутония при гибридизации с электронами зоны, образованной из 6d электронов плутония. Эта конкуренция не только эффективно уменьшает гибридизацию 6d электронов в расчете на 5f электрон плутония, но и обеспечивает силь-
3 Компоненту Паули можно отличить от компоненты Кюри - Вейсса по виду аппроксимации, изображенной на рис. 4.
Los Alamos Science Number 26 2000
Возможная модель 6-плутония
но неупорядоченное разрушение зоны 5f электронов с 6d электронами-посредниками. Таким образом 5f электроны локализуются. На самом деле, разрушение 6d-5f связывания атомов плутония достаточно большое, чтобы отсутствовало даже остаточное 5f связывание (вклад 5f электронов в энергию сцепления), сохраняемое магнитным упорядочиванием.
