Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Number 26 2000 Los Alamos Science
121
Плутоний. Физика конденсированного вещества
T(K)
123456 7 8 9 10
T2 (К2)
Рис. 23. Удельная теплоемкость плутония и других металлов
Удельная теплоемкость металла при низкой температуре - это сумма решеточного члена, пропорционального 73, и электронного члена уТ, т. е. Су = уТ + АҐі. Следовательно, когда мы строим график зависимости Cv IT от T2, мы получаем прямую линию, которая имеет точку пересечения, равную у при T = 0, и наклон, равный А. Этот наклон дает температуру Дебая ©D через соотношение Od3 = 1944,4"1 Дж*моль'1*К'1. Как мы объясняли в разделе о модели свободных электронов, коэффициент удельной теплоемкости Y пропорционален Г/Гр, и Tv обратно пропорциональна массе электрона. Таким образом, у пропорционален массе электрона. На этом рисунке линия для меди представляет поведение большинства металлов, тогда как линии для а- и 5-плутония включают наибольшее значение у (отсекаемую величину) среди всех чистых элементов, указывая, что электроны проводимости имеют повышенную эффективную массу. Соединение UBe13 имеет чрезвычайно высокую электронную удельную теплоемкость, которая продолжает повышаться до тех пор, пока не прервется переходом соединения в состояние сверхпроводимости ниже 1 К (не показано). Сверхпроводимость соединения UBe13 доказывает, что его большая теплоемкость должна быть связана с электронами проводимости, а не с локальными моментами, и что необычайно большие значения у - это следствие увеличенной массы электронов или массы тяжелых фермионов, т*
многие люди уверены, что железо является сверхтипичным примером атома или металла, обладающего магнитными свойствами.
Материалы с коррелированными электронами. Несмотря на преувеличенные претензии модель Кондо и все ее ответвления показали физикам, занимающимся конденсированными средами, что имеются очень интересные аномалии в металлических системах, особенно в металлах, расположеннных на диагонали рис. 19, и в эту группу входит плутоний. Хотя у нас нет простой пред-
сказательной модели для объяснения природы высоких удельных сопротивлений, вещества, задающие такие загадки, сейчас отнесены к единой категории веществ с коррелированными электронами. Как показано на рис. 1, кроме высоких удельных сопротивлений эти вещества имеют высокую магнитную восприимчивость и не имеют локальных моментов при низких температурах. К другим аномалиям относятся чрезвычайно малые магнитные моменты (в 1000 раз меньшие, чем предполагалось) и более высокие, чем предполагалось, температуры магнитного упорядочения,
нарушение квадратичной зависимости удельного сопротивления от температуры, предсказываемой моделью ферми-жидкости, и высокая удельная теплоемкость, указывающая на повышенную массу электронов. Можно полагать, что все эти признаки веществ с коррелированными электронами являются результатом сильных электрон-электронных корреляций, включающих взаимодействие спинов и зарядов.
Плутоний, по-видимому, является самым наглядным примером чистого элемента, относящегося к категории элементов с коррелированными электронами. Рис. 22 показывает его необычное удельное сопротивление. Плутоний имеет также наиболее высокую удельную теплоемкость при низкой температуре среди всех других чистых элементов. График удельной теплоемкости на рис. 23 показывает, что эффективная масса электронов плутония в 10 раз больше, чем у большинства металлов. И наконец, плутоний имеет относительно высокую магнитную восприимчивость во всех его твердых фазах, как показано во вставке на рис. 20.
Относительно высокая парамагнитная восприимчивость различных фаз плутония предполагает, что фазы с магнитными моментами или блуждающим магнетизмом должны иметь близкую внутреннюю энергию. Вероятно, все фазы чистого плутония, следующие за а-фазой, имеют магнитные моменты, но, поскольку температурный диапазон существования каждой фазы очень узок, мы не смогли показать их путем измерений магнитной восприимчивости или дифракции нейтронов. Вещества с коррелированными электронами обычно демонстрируют рост магнитной восприимчивости по мере их охлаждения, но этот рост восприимчивости прекращается в пределах нескольких кельвинов от абсолютного нуля. Наилучшая возможность установить, действительно ли плутоний имеет локальные моменты, - провести эксперименты с син-хротронным рентгеновским излучением и нейтронным рассеянием на монокристаллах. Эти эксперименты будут достаточно чувствительны к магнитным моментам. Заметим, что Мео-Рэймонд и Фурнье (1996) заявили о том, что установили наличие локальных момен-
122
Los Alamos Science Number 26 2000
Плутоний. Физика конденсированного вещества
U6Fe
К
О
о
§
OQ -
0
1
(3
U-18MO (Y-U)
U6Mn
-A-
U2Ti
50
g 100
к*
150
200
.0 ^Vu6Co a,p-U
^U2PtC2
URh,
UPt4 IlPo
о Ч
UAL
0 Wc
AuSn' UAI2 \ I UB4 USi2
----Д-----------M---------ZA-3
I ио 0|
URe0 .... UPtQ О 2
U2Zn17
UCo2 \ UNi2 UB2
UN
О
O1
О UOSe UGe2Si2 ?
U2C3
