Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Number 26 2000 Los Alamos Science
183
Фотоэлектронная спектроскопия а- и 6-плутония
Энергия ниже Ep (эВ)
Рис. 14. Спектры а- и 6-плутония при 21 и 41 эВ и 80К
Данные для а- и 5-плутония при 21 эВ (черные линии) и 41 эВ (красные линии) и температуре 80 K приведены на одном рисунке, чтобы показать относительные интенсивности пиков компонент вблизи Ef. B 5-плутонии имеется значительное увеличение вклада 5f электронов по сравнению с вкладом 6d электронов
что свидетельствует не только о том, что пик связан с объемными свойствами, но также о том, что он содержит больший вклад 6d электронов по своему орбитальному характеру, чем остальные особенности, которые могут в большей степени определяться 5f электронами.
Аналогичный график для 6-плуто-ния (см. рис. 14) показывает, что мы опять имеем дело с объемными явлениями, поскольку данные при 21 эВ аналогичны данным при 41 эВ. Однако в этом случае интенсивность острого пика при Ef относительно других особенностей существенно увеличивается от спектра
21 эВ к спектру 41 эВ. Этот результат свидетельствует о том, что пик вбли-
зи Ef содержит больший вклад 5f электронов в 6-плутонии, чем в а-плутонии. Почти полная независимость относительных интенсивностей компонент от энергии фотонов свидетельствует о примерно одинаковом вкладе 6d электронов во всей области валентной зоны (ср. эти данные с данными для NpAs на рис. 4). Независимо от количества примеси 6d электронов спектр согласуется с наблюдаемым поведением объемных свойств в очень узкой зоне и с тем, что, исходя из здравого смысла, состояния 5f электронов в а-плутонии более гибридизованы и зоноподобны, чем в 6-плутонии.
Перестройка поверхности является общей особенностью металлов во
всей периодической системе. Вообще ее можно наблюдать в монокристаллах высокого качества, и даже тогда следует проводить различие между перестроенной поверхностью и просто внешним слоем поверхности. Хотя из интерпретации ранее полученных данных следует, что кристаллическая структура на поверхности a-материала может стать 6-подобной, зависимость нормального эмиссионного спектра от глубины вылета электронов, измеренной с варьированием энергии фотонов, не была известна. Новые измерения спектров а-плутония в зависимости от глубины вылета дают почти неизменные спектры, что является очевидным доказательством отсутствия перестройки (из а- в 6-фазу).
В соответствии с современными представлениями мы действительно измерили объемную электронную структуру а- и 6-плутония. Все данные согласуются с концепцией намного более узких делокализованных состояний в 6-фазном, чем в а-фазном плутонии. Действительно, данные по объемным свойствам 6-плутония свидетельствуют о поведении, аналогичном поведению тяжелых фермионов. Однако очень узкие зоны уже получены в рамках ограниченных зонных расчетов (см. статью “Свойства актиноидов в основном состоянии” на с. 131). В рамках обобщенного градиентного приближения (ОГП), которое является уточнением традиционного приближения локальной плотности (ПЛП), основного инструмента теории функционала плотности, на 5f электроны действует дополнительная компонента электрического поля. Значения ширины зон в расчете с принудительным ограничением согласуются до некоторой степени с экспериментальными значениями ширины зон в 6-плутонии. Следовательно, может и нет необходимости такого дальнейшего сужения зон, которое может иметь место в результате дополнительных корреляционных эффектов (см. сравнение с расчетами в статье “Электронная структура а- и 6-плутония” на с. 154). Заметим, что само предположение о локализации некоторых из 5f электронов в вышеупомянутых ОГП расчетах привносит значительные корреляционные эффекты.
184
Los Alamos Science Number 26 2000
Фотоэлектронная спектроскопия а- и 6-плутония
Потребность в монокристаллах.
Многие из оставшихся вопросов по плутонию и его соединениям или сплавам можно решить, когда будут получены данные на монокристаллах высокого качества. Для экспериментов по фотоэмиссии монокристаллы должны иметь зеркальные поверхности и четко определенные оси, перпендикулярные поверхности. Общее представление о будущих результатах можно получить из рис. 15, где на высококачественном монокристалле соединения урана и сурьмы USb2, выращенном4 осаждением из потока, мы показали спектры с разрешением по углу. Помимо того, что данные на рис. 15 отражают высокое качество кристалла, они демонстрируют разрешение высочайшего класса (15 мэВ), полученное с помощью современного детектора (Scienta), который одновременно сохраняет информацию по энергии и углу. При каждом сканировании детектором Scienta одновременно измеряется до 100 углов эмиссии электронов (относительно поверхности образца) и, следовательно, регистрируется 100 спектров. При использовании этого устройства на линии пучка ондулятора высокой интенсивности (в Центре синхротронного излучения, Мэдисон, шт. Висконсин) получаются впечатляющие спектры, изображенные на рис. 15. На этом рисунке показаны лишь первые 200 мэВ валентной зоны ниже энергии Ферми. Данные при энергии фотонов 40 эВ на рис. (а) включают в основном вклад d электронов, а данные при энергии фотонов 60 эВ на рис. (б) содержат главным образом вклады от 5f электронов. На трехмерном графике рис. (б) четко видно, что интенсивность 5f электронов в антиферромагнитном USb2 ограничивается узкой частью зоны Брил-люэна. По мере гибридизации зоны 5f электронов с 6d электронами она отклоняется от энергии Ферми, а пики квазичастиц уширяются и уменьшаются почти до нуля. Центр зоны Бриллюэна находится вблизи угла 18°. Можно видеть, что при углах, превышающих примерно 23°, интенсивности 5f электронов нет вообще. Это представляет классический случай f-d гибридизации. Недавно были выращены монокристаллы соеди-
