Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
118
Los Alamos Science Number 26 2000
“фін
cm
k
_Том Il стр. 1181
Плутоний. Физика конденсированного вещества
Температура (К)
Рис. 22. Удельное сопротивление UBe13, плутония и калия
Электрическое сопротивление в большинстве металлов возрастает в линейной зависимости от температуры, потому что электроны рассеиваются фононами, как показано на рисунке для калия. Несовершенства, такие как примесные атомы, вакансии решетки и более сложные дефекты, не зависящие от температуры, также являются причиной рассеивания электронов и приводят к конечному предельному сопротивлению при T = 0. Плутоний имеет более высокие значения удельного сопротивления при всех температурах, демонстрируя усиленное рассеяние электронов проводимости. Рассеяние электронов происходит из-за корреляций электронов. Соединение UBe13 является одним из наиболее показательных примеров рассеяния электронов в металле
ладающем магнитными свойствами, по кривой зависимости % от Т.
В твердом состоянии в металлах или изоляторах локальные моменты в узлах решетки имеют тенденцию выстраиваться в линию при некоторых температурах, когда материал охлаждается, создавая состояние дальнего порядка, называемое магнетизмом. (Согласно правилам Хунда локальные магнитные моменты в каждом узле решетки пропорциональны векторной сумме полного спинового и полного орбитального углового момента локализованных электронов.) В частности, каждое вещество, обладающее магнитными свойствами, имеет критическую температуру, при которой свободная энергия системы снижается за счет выстраивания локальных моментов. Если моменты выстраиваются параллельно друг другу, образуя ферромагнитное состояние, температура перехода называется точкой Кюри Если моменты выстраиваются антипараллельно, образуя антиферромагнитное состояние, температура называется температурой Нееля Тя- Диапазон температур магнитных переходов - от близких к абсолютному нулю до 1000 К, а ферромагнитные материалы, у которых температура Tk выше комнатной температуры, называются постоянными магнитами. Рис. 21, характерный график зависимости обратной восприимчивости от температуры, показывает, каким образом отсекаемый отрезок на оси температуры может указывать, будет ли вещество при понижении температуры ферромагнетиком или антиферромагнетиком. Если пересечение происходит при положительных значениях температуры, вещество будет ферромагнетиком, а если при отрицательных - антиферромагнетиком.
Локальные моменты в одном из магнитных основных состояний металла располагаются в соответствии с симметрией решетки и не сильно рассеивают электроны проводимости. Когда кристалл нагревается выше температуры Tk ИЛИ т№ магнитное упорядочение исчезает, локальные моменты имеют произвольные направления и могут теперь рассеивать электроны проводимости. Рассеяние происходит через магнитное взаимодействие, которое может изменять ориентацию спинов электронов
проводимости. Мы увидим, что плутоний очень хорошо рассеивает электроны проводимости, хотя не имеет локальных моментов.
Сверхпроводимость - это состояние действительно идеальной проводимости, которое может существовать в электрическом проводнике при низких температурах. В общем случае вещества с магнитными моментами не становятся сверхпроводниками при низкой температуре, потому что магнетизм в любой форме противодействует сверхпроводимости. Обычное состояние сверхпроводимости формируется при температуре в несколько кельвинов и состоит из пар электронов проводимости с противоположными спинами и моментами, которые связаны посредством их взаимодействия с кристаллической решеткой. Эти пары действуют наподобие бозе-конден-
сата и перемещаются по решетке без какого бы то ни было сопротивления. Такое коллективное низкоэнергетическое состояние было объяснено в теории сверхпроводимости Бардина - Купера - Шриффера (БКШ) в 1957 году. Однако, если вещество имеет упорядоченные моменты, результирующую намагниченность или спины от случайных примесей, магнитное поле, возникающее в результате воздействия любого из указанных источников, будет стремиться перевернуть один из двух противоположно ориентированных спинов в паре электронов и препятствовать образованию пар. Таким образом, элементы с локализованными d или f электронами обычно имеют магнитные основные состояния, а элементы с d или f электронами проводимости обычно имеют сверхпроводящие основные состояния.
Number 26 2000 Los Alamos Science
119
Плутоний. Физика конденсированного вещества
Блуждающий магнетизм, инвар и 5-плутоний
В некоторых магнитных материалах, таких как железо, электроны проводимости, а не локализованные электроны порождают ферромагнитные основные состояния. В этих “блуждающих магнитах” зоны проводимости расщепляются на две различные зоны: одна состоит из состояний с направленными вверх спинами, а другая - с направленными вниз спинами. Хотя эти два множества состояний существуют во всех веществах, в большинстве веществ они остаются вырожденными, за исключением случая, когда приложено магнитное поле. Например в железе, довольно узкая d зона расщепляется спонтанно (без воздействия магнитного поля) на зоны со спинами вверх и зоны со спинами вниз. Как и в описанном в основной статье искажении Пайерлса, разделение вырожденных состояний на две зоны снижает полную энергию заполненных состояний. (Заметим, что блуждающий магнетизм не следует правилам Хунда, потому что орбитальный угловой момент электронов проводимости подавляется.) Блуждающие магниты менее надежны, чем магниты с локальными моментами, потому что расщепленные зоны проводимости остаются близкими друг к другу по энергии и различные возмущения могут легко подавить преимущество в энергии, создавшееся в результате расщепления. Ферромагнитное состояние железа, например, исчезает, когда железо легируется другими элементами для получения нержавеющей стали.
