Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Надыкто Б.А. -> "Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2" -> 8

Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.

Надыкто Б.А., Темофеева Л.Ф. Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 — Саров, 2003. — 212 c.
Скачать (прямая ссылка): plutoniyfundamentalnieproblemit22003.djvu
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 6 7 < 8 > 9 10 11 12 13 14 .. 159 >> Следующая


зону. Существенно также и то, что в области перекрытия 5f орбитали характеризуются сильной крутизной, незначительное увеличение расстояния между атомами приводит к быстрому снижению степени перекрытия и сужению энергетической зоны. У иле и Эриксон получили такие же результаты для энергетических зон актиноидов в твердом состоянии1.

Большая величина перекрытия или ширина зоны SHp электронов приводит к появлению электронов, обладающих высокой вероятностью перехода из одного узла в другой, при этом они проводят мало времени во вращении вокруг одного ионного остова и свободно перемещаются по всему кристаллу. Напротив, 6d и 5f электроны с меньшей пространственной протяженностью и постепенно убывающей шириной зоны затрачивают больше времени на вращение вокруг ионных остовов и взаимодействие с другими электронами в узлах решетки. Поэтому они характеризуются более высокой вероятностью ухода от поведения свободного или почти свободного электрона, наблюдаемого в s

1 Отметим, что такое ограничение на состояния с увеличенным угловым моментом известно из классической механики. Сохранение углового момента в представляющем интерес центральном потенциале приводит к появлению эффективной силы (или потенциального барьера), удерживающей связанную частицу в строго определенном интервале радиальных расстояний. По мере возрастания углового момента, но при постоянной энергии интервал допустимых радиальных расстояний сокращается и потенциальный барьер на максимальном радиусе становится больше. В квантовой механике электроны могут проникать через барьер, однако поскольку для случая частиц с повышенным угловым моментом потенциальный барьер выше, вероятность туннелирования снижается, а плотность вероятности за барьером значительно ниже, чем в случае состояний с меньшим угловым моментом.

Number 26 2000 Los Alamos Science

301
Плутоний и его сплавы

1

•-

2,7

2

-#

Радиус атома 2 (А)

1

•-

2,7

Радиус атома 2 (А)

Радиус атома 1 (А)

Радиус атома 1 (А)

2

-#

Рис. 7. Схема перекрытия волновых функций

Атомные орбитали для плутония, приведенные на рис. 4, изображены снова, чтобы показать перекрытие, которое возникает, когда два атома плутония расположены на расстоянии 2,7 А (которое равно средней длине коротких связей в (/.-плутонии). Волновые функции 7s электронов имеют значительное перекрытие, в то время как волновые функции 5f электронов перекрываются слабо. В металлическом плутонии орбитали изменяются, но 5f перекрытие все еще дает вклад в связь.

В лантаноидах и в тяжелых актиноидах, начиная с америция, имеется недостаточное для связи перекрытие волновых функций, так что 5f электроны остаются локализованными, или связанными, в потенциальных ямах в каждом узле решетки

Рис. 8. Узкая f зона в церии

Ha графике показаны значения одноэлектронной энергии в (/.-церии в зависимости от волнового вектора электрона или квазиимпульса. Отметим, что зоны с заметно выраженным f характером (красный цвет) являются пологими, то есть имеют очень узкий энергетический интервал (ширину). В веществе с большим числом f электронов в результате деформации кристалла снижается энергия многих занятых уровней и создается более устойчивая структура

и р зонах простых металлов. Пользуясь языком физиков, d и f электроны с узкой зоной являются высоко коррелированными и определяют необычное поведение так называемых материалов с коррелированными электронами. В настоящее время истинный характер таких корреляций в плутонии и других материалах с узкими зонами интенсивно исследуется специалистами по физике конденсированного вещества.

Последняя характерная особенность на рис. 6 - очень высокая плотность состояний f электронов, то есть большое число блоховских состояний сведены в очень узкую энергетическую зону порядка 2-4 эВ. Поскольку в зоне всегда существует ~1023 состояний (по одному на атом), в узкой зоне автоматически создается высокая плотность состояний. На рис. 8 приведен график узкой зоны проводимости (энергия в зависимости от

квазиимпульса к) для 4f электронов в а-церии. Узкая зона означает, что график является плоским, т. е., когда изменяется квазиимпульс блоховского состояния, энергия состояния остается очень близкой к энергии Ферми.

Узкие f зоны и низкосимметричные структуры в легких актиноидах.

Подробно рассказав о том, что 5f электроны в а-плутонии занимают узкую зону проводимости (2-4 эВ), необходимо отметить, что характер 5f электронов и их роль в определении свойств вещества в течение почти полувека были предметом теоретических предположений. И лишь недавно произошел сдвиг: расчеты электронной структуры позволили получить правдоподобные прогнозы для а-плутония (статья “Свойства актиноидов в основном состоянии” на с. 131), а фотоэмиссионные эксперименты подтвердили их (статья “Фотоэлектронная спектроскопия а- и 6-плуто-ния” на с. 170).

Вообще расчеты электронной структуры позволяют определять энергетические зоны и полную энергию связи на основе предполагаемой кристаллической структуры и атомной плотности (или объема) металла. Сегодня эти расчеты проводятся настолько быстро, а их результаты настолько точны, что в качестве входных данных можно использовать различные кристаллические структуры и атомные объемы и проводить расчеты для многих различных комбинаций энергетических зон и полной энергии. Неизменно решения с минимальной энергией имеют правильные кристаллические структуры и атомные объемы. Ho оказалось, что такой подход сложно применить к актиноидам, и, в частности, к плутонию, поскольку разность полной энергии связи для различных кристаллических структур очень мала, и релятивистские эффекты являются существенным фактором при определении, какие кристаллическая структура и атомный объем отвечают наименьшей энергии. Однако появившаяся в прошлом десятилетии изящная работа Седерлинда и др. (1995), в которой исследуются большинство трудно рассчитываемых физических свойств (например, низкосимметричные структуры и релятивистское движение электронов
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 6 7 < 8 > 9 10 11 12 13 14 .. 159 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed