Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Во-первых, рассмотрим способность металла давать искры. Все металлы рассыпают горящие частицы, когда попадают на шлифовальный круг, потому что круг нагревает частицы, когда они откалываются, и наиболее горячие частицы металла горят. Однако сталь, церий, уран, нептуний и плутоний производят искры при значительно более мягких условиях. Например, именно церий в кремне зажигалки создает искры, чтобы зажегся огонь. Мы утверждаем без доказательства, что высокая плотность состояний вблизи поверхности Ферми является причиной перехода электронов в крошечный кусочек деформированного металла или из него, когда он откалывается от большого куска, независимо от того, насколько спокойно произошло разрушение. В результате разность напряжений формирует крошечный электрический разряд в зазоре, который затем зажигает осколочек. Лантан, который по механическим свойствам похож на церий и еще более активен химически, не образует искр, потому что у него нет f электронов и его плотность состояний низка. Уран-марганцевое соединение UMn2, состоящее из элементов с узкими зонами, лежащих на диагонали, представленной на рис. 19, образует искры настолько легко, что порошок этого вещества загорается, как только соприкасается с воздухом.
Наиболее обычное из аномальных свойств и наиболее простое для измере-
ний - это отклонение от обычной линейной зависимости между электрическим удельным сопротивлением и температурой, которое происходит при температуре ниже комнатной. На рис. 22 мы сравниваем удельные сопротивления калия и плутония. В показанном на рисунке диапазоне температур удельное сопротивление калия возрастает линейно с температурой. Как предполагается, это происходит в результате взаимодействия электронов проводимости с колебаниями решетки (фононами). Вместо того, чтобы следовать этой простой линейной зависимости, удельное сопротивление плутония сильно отклоняется в большую сторону от линейной температурной зависимости при температуре ниже комнатной и остается чрезвычайно высоким при температуре выше комнатной, где он испытывает многочисленные фазовые переходы. Удельное сопротивление плутония на выпуклой части графика составляет приблизительно 150 мкОм*см. На микроскопическом уровне это означает, что электрон рассеивается приблизительно каждым атомом решетки. Такой тип рассеяния считается самым высоким возможным простым сопротивлением, которое может наблюдаться в металле, и называется единичным пределом. Многие металлы с коррелированными электронами имеют более высокие удельные сопротивления, которые могут быть объяснены только при помощи моделей с коррелированными электронами, таких как модели Кондо и Андерсона для расширенных систем. По сравнению с одноэлектронными методами здесь дополнительно учитываются электронные взаимодействия и корреляции.
Такое на удивление высокое электрическое удельное сопротивление после охлаждения начало привлекать внимание 35 лет назад, когда было замечено, что небольшое количество железа, растворенное в золоте, приводит к возрастанию электрического сопротивления после охлаждения до температуры в несколько кельвинов. В то же время отметим, что атомы железа не имеют магнитных моментов. (Увеличение сопротивления плутония при изменении температуры от комнатной вниз уже было измерено, HO эта кривая не столь часто воспроизводилась, как кривая для сплава железа с зо-
лотом, и ее не так легко проверить.)
Ян Кондо был первым из ученых, кто выдвинул свое объяснение роста удельного сопротивления сплава железа с золотом. По его мнению, причиной является отсутствие магнитного момента у железа. Затем Кондо сделал модель, в которой спины электронов проводимости могут переворачивать спины электронов в атомах железа и таким образом уничтожать магнитный момент в пределах небольшого объема вокруг каждого атома примесного железа. Эта модель предсказывает желаемое увеличение удельного сопротивления с понижением температуры. Теории с характерной температурой Кондо были использованы для объяснения не только роста удельного сопротивления после охлаждения, но и плато магнитной восприимчивости при дальнейшем охлаждении, как только его величина достигает большого значения. Эти теории могли также объяснить, почему магнитные моменты отсутствовали в столь многих материалах. Таким образом примесная модель Кондо была расширена до модели решетки Кондо, расширенной системы, в которой кристаллографически упорядоченные моменты могут снова сделаться разупорядоченными даже несмотря на то, что для выполнения этой работы, казалось бы, нет достаточного количества электронов проводимости. Наиболее ярким примером являются “изоляторы Кондо”, в которых нет электронов проводимости, но предполагается, что их спины могут свести к нулю магнитные моменты. Мы полагаем, что это примеры излишней работы над моделью просто потому, что модель подгоняется под данные. Такие ситуации не возникали бы, если бы мы имели исчерпывающую теорию, объясняющую эти явления. Заметим, что исчезновение магнитного момента у железа в сплаве с золотом не должно вызывать удивления, потому что об этом факте известно с момента создания сплава железа с целью получения нержавеющей стали. Действительно, хорошо известно уже с 30-х годов, что магнетизм железа не является надежным (смотри вставку “Блуждающий магнетизм, инвар и 6-плутоний” на с. 120). Однако мы настолько привыкли называть железо постоянным магнитом, что даже сегодня
