Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
ляется правильным. Напротив, когда движение атомов становится достаточно большим, чтобы они могли внедриться в жесткий остов электронов заполненной оболочки соседствующих ионов, межатомный потенциал становится круче, чем парабола, и эта негармоничность, или увеличение давления, приводит к расширению объема в зависимости от увеличения температуры. И наоборот, потенциал, который возрастает медленнее, чем парабола (включая высшие четные степени), при больших возвратно-поступательных движениях атомов приводит к сокращению объема в зависимости от увеличения температуры и отражает изменение электронной структуры. Мы вернемся к этой теме, когда будем обсуждать магнетизм. В настоящий момент мы можем сказать, что отрицательный коэффициент теплового расширения может быть следствием преобразования магнитной энергии в энергию связи, как в инваре (смотри заметку “Блуждающий магнетизм, инвар и б-плутоний” на с. 120).
Новые модели 6-плутония
Пока еще нет установленной модели необычных свойств гцк б-фазы плутония. Мы предполагаем, что как необычные тепловые свойства, так и отсутствие данных об измерении магнетизма б-плутония могут быть связаны с хрупким равновесием сил между отталкивающими s-p зонами и притягивающей f зоной (или высокой чувствительностью f-f взаимодействия), представленным на рис. 12. Расчеты основных состояний из первых принципов показали, что все пять 5f электронов участвуют в связывании в a-фазе. Поскольку ничто не указывает, что плутоний имеет менее пяти 5f электронов в своих атомах, молекулах и твердых состояниях, мы должны предположить, что б-фаза также имеет пять 5f электронов.
В б-фазе некоторые из этих электронов или все они могут быть локализованными, это не противоречит рис. 12. Локализация снизит вклад пяти 5f электронов в давление, и решетка расширится. Если число этих электронов снижается с пяти до, скажем, одного, тогда три электрона в широких spd-зонах приоб-
ретают большее значение в определении кристаллической структуры (см. рис. 18). И поскольку широкие зоны благоприятствуют образованию кубических структур, б-фаза является логичным результатом локализации. Однако реальная проблема заключается в определении механизма такой локализации в f оболочке.
У иле и Эриксон (смотри статью “Свойства актиноидов в основном состоянии” на с. 131) использовали одноэлектронные расчеты, чтобы показать, что локализация четырех из пяти 5f электронов приводит к правильному предсказанию объема б-фазы. Посредством вычислений для отдельных атомов они показывают, что выигрыш в энергии за счет локализации четырех электронов приводит к состоянию с наименьшей энергией при объеме б-фазы. Однако эти расчеты не объясняют механизм локализации.
В статье “Возможная модель б-плу-тония” (с. 156) Купер представляет модель самоиндуцированной локализации Андерсона, двухэлектронную модель типа примесной. Согласно этой модели все 5f электроны в некоторых узлах решетки плутония становятся локализованными. Сильное рассеяние на “примесных узлах” может нарушить когерентность состояний 5f зоны и направить всю систему по пути локализации 5f состояний. Гамильтониан Андерсона в том виде, в котором он использован Купером, имеет кулоновский отталкивающий член Хаббарда и двухэлектронный член типа Кондо (первоначально введенный для трактовки спинового взаимодействия между электроном атома примеси и электроном проводимости). Член Хаббарда сохраняет 5f электроны локализованными, а двухэлектронный член приводит к частичной локализации электронов проводимости. Эта модель имеет,
Number 26 2000 Los Alamos Science
115
Плутоний. Физика конденсированного вещества
таким образом, все нужные компоненты для осуществления локализации при переходе от a-фазы к б-фазе, но могут пройти годы, прежде чем ее можно будет использовать для практических расчетов. Более того, чтобы начать расчеты, необходимо иметь некоторые примесные узлы. Действительно, это необходимое условие позволяет избежать вопроса, каким образом пять 5f электронов становятся локализованными.
Можем ли мы получить трансляционно-инвариантное решение для гцк структуры плутония, в которой 5f электроны локализуются, начиная с расчетного гамильтониана? Обычный одноэлектронный расчет (трансляционно-инвариантный) для плотности б-фазы прогнозирует наличие блуждающих 5f электронов. Таким образом, мы должны модифицировать гамильтониан, чтобы предсказать локализацию. В модели Андерсона член Хаббарда препятствует перепрыгиванию f электронов из других узлов в данный узел. Это примесный подход, но как мы уже указали, почти невозможно получить трансляционно-инвариантные решения на основе моделей с примесями. Вместо этого попробуем установить, что будет удерживать f электроны, мешая им покинуть узел. Очевидно, нам нужно добавить кулоновский член притяжения. Поэтому мы предлагаем модель с небольшим по величине кулоновским членом притяжения (только в f состояниях), добавленным в зонный гамильтониан в одноэлектронных вычислениях. Такой расчет следовало бы выполнять самосогласованно, так чтобы гибридизация f состояний с не f состояниями могла меняться по мере того, как 5f электроны становились бы более локализованными. Мы считаем, что такой расчет осуществим в рамках обычных программ расчета электронных структур. Имея такое решение, мы могли бы затем применить двухэлектронную модель, чтобы получить динамику частичной локализации.
