Вплив заміщення на метамагнетизм у UCoAl

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна

Інститут фізики академії наук Чеської Республіки

Індекс УДК 538.23

01.04.11 - Магнетизм

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Вплив заміщення на метамагнетизм в UСoAl

Козловська Ірина Костянтинівна

Донецьк 2002

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Інституті фізики Академії наук Чеської Республіки та в Донецькому фізико-технічному інституті ім. О.О. Галкіна НАН України

Наукові керівники:

- член-кор. НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор Завадський Е.А., радник дирекції ДонФТІ ім. О.О. Галкіна НАН України

- RNDr Sebek J. CSc, керівник об'єднаної магнітної лабораторії, Інститут фізики Академії наук Чеської Республіки

Офіційні опоненти:

- доктор фізико-математичних наук, професор Бєляєва А. І., кафедра загальної та експериментальної фізики, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"

- доктор фізико-математичних наук Лукін С. М., провідний науковий співробітник, Інституту Фізики Напівпровідників НАН України

Провідна установа: Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна Міністерство освіти та науки України, кафедра загальної фізики

Захист відбудеться 02.07.2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.184.01 в ДонФТІ ім. О.О. Галкіна НАН України: 83114, м. Донецьк, вул. Р. Люксембург, 72

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці ДонФТІ ім. О.О. Галкіна НАН України: 83114, м. Донецьк, вул. Р. Люксембург, 72

Автореферат розісланий 30.05.2002

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор фізико-математичних наук, професор Криворучко В.М.

Анотації

Козловская И.К. Влияние замещения на метамагнетизм в UCoAl - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.11 - магнетизм - Донецкий Физико-Технический Институт им. А.А. Галкина НАН Украины, Украина, г. Донецк, 2002.

Диссертация посвящена исследованию магнитных свойств твердых растворов, полученных в результате замещения во всех трех подрешетках UCoAl: UCo_1-xT_xAl с T = Fe, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ir, UCoAl_1-хGa_x и U_1-xY_xCoAl. Представленное в работе систематическое изучение влияния замещения на метамагнетизм в UCoAl, было сделано впервые. На основе проведенных измерений построены магнитные фазовые диаграммы для всех исследованных систем. Обнаружено два типа магнитного поведения: постепенное подавление метамагнетизма и сосуществование в некотором интервале ферромагнитной и метамагнитной компонент. Полученные данные объясняются на основе представления о главенствующей роли 5f - 3d гибридизации при формировании магнитных свойств в рассматриваемых системах. Кроме того, необходимо принимать во внимание эффект "отрицательного давления", связанный с увеличением объема элементарной ячейки.

Ключевые слова: урановые интерметаллиды, UCoAl, зонный магнетизм, метамагнетизм, метамагнитный переход, критическое поле перехода, 5f - лигандная гибридизация, эффект "отрицательного давления".

Козловська І. К. Вплив заміщення на метамагнетизм у UCoAl - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю - 01.04.11 - магнетизм - Донецький Фізико-технічний Інститут ім. О.О. Галкіна НАН України, Україна, м. Донецьк, 2002.

Дисертація присвячена дослідженню магнітних властивостей твердих розчинів, отриманих у результаті заміщення у всіх трьох підгратках UCoAl: UCo_1-xT_xAl із T = Fe, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ir, UCoAl_1-хGa_x та U_1-xY_xCoAl. Подане в роботі систематичне вивчення впливу заміщення на метамагнетизм у UCoAl, було зроблено вперше. На основі проведених вимірів побудовані магнітні фазові діаграми для всіх досліджуваних систем. Виявлено два типи магнітного поводження: поступове пригнічення метамагнетизму і співіснування в деякому інтервалі феромагнітної і метамагнітної компонент. Отримані дані пояснюються на основі уявлення про чільну роль 5f - 3d гібридизації при формуванні магнітних властивостей в досліджуваних системах. Крім того необхідно брати до уваги ефект "негативного тиску", пов'язаний із збільшенням обсягу елементарного осередку.

Ключові слова: уранові интерметаліди, UCoAl, зонний магнетизм, метамагнетизм, метамагнітний перехід, критичне поле переходу, 5f- гібридизація, ефект "негативного тиску".

Kozlovskaya I. K. Thesis for taking the scientific degree of the candidate of science in physic and mathematics in the speciality 01.04.11 - Magnetism- Donetsk Institute of Physic, Ukraine, Donetsk, 2002.

The thesis is devoted to the study of magnetic properties of solid solutions based on UCoAl: UCo_1-xT_xAl with T = Fe, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ir, UCoAl_1-хGa_x and U_1-xY_xCoAl. This systematic study of alloying effects on metamamagnetism in UCoAl was made at first. As results of measurements the magnetic phase diagrams for all solid solutions were made. The two type of magnetic behaviour can be distinguished in the doping systems: a gradual suppression of metamagnetism and the superposition of ferromagnetic and metamagnetic behaviour in some concentration interval. To understand the evolution of magnetic properties in these systems the role of 5f hybridisation in uranium intermetallics should be considered. The effect of "negative pressure", which is connected with volume expansion, will be taking into account.

Key words: uranium intermetallics, UCoAl, itinerant magnetism, metamagnetism, metamagnetic transition, kritical field of transition, 5f- ligand hybridization, effect of "negative pressure".

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми Актиніди досліджуються вже декілька десятиліть, але природа магнетизму актинідних сполучень вивчена ще недостатньо. По-перше, це пов'язано з експериментальними труднощами. У даний час досить докладні дослідження проведені лише для урану і торію. Сполучення інших елементів є важкодоступними для вивчення внаслідок значної радіоактивності, токсичності і малого періоду напіврозпаду. На достовірність і точність результатів впливає і те, що необхідно враховувати зміну складу зразка під час експерименту внаслідок радіоактивного розпаду, брати до уваги ефекти, пов'язані з утворенням радіаційних дефектів і радіаційним розігрівом. По-друге, у багатьох випадках для теоретичного опису магнітних властивостей актинідних сполучень недостатньо простих моделей про повну локалізацію, або про повну делокалізацію носіїв магнетизму, хоча вони успішно використовувалися, наприклад, у випадку рідкісноземельних елементів. Тому, у цей час у літературі виділяють декілька актуальних напрямків в експериментальних і теоретичних дослідженнях актинідного магнетизму:

1. експериментальне і теоретичне дослідження переходів Мотта і пов'язаних з ними явищ у системі 5f-електронів;

2. експериментальне вивчення і розроблення теорії зонного магнетизму в актинідних магнетиках;

3. з'ясовування макроскопічних механізмів обмінних і інших взаємодій в актинідах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота була частиною дослідницької програми Об'єднаної лабораторії магнітних вимірів Карлового Університету й Інституту Фізики Академії Наук Чеської Республіки. Програма підтримувалася Агентством Грантів Академії Наук Чеської Республіки (№ 1010614), Агентством Грантів Чеської Республіки: (№ 202/ 96/ 0207 і 202/ 95/ 0008), а також Грантом Міністерства Освіти Чеської Республіки (МЕ 162). Крім того, дослідження з теми дисертації виконувалися в рамках тематичного плану ДонФТІ ім. О.О. Галкіна НАН України:"Вплив магнітних і структурних факторів на фазові переходи і транспортні властивості в сполученнях із магнітоактивними іонами" (№ державної реєстрації 0100v003852) і "Вплив безладдя і процесів упорядкування на фазові переходи і фізичні властивості кристалів" ((№ державної реєстрації 0197v008938).

Мета і задачі дослідження. У роботі вивчалися сполучення, що відносяться до великої групи уранових інтерметалідів UTX із гексагональною кристалічною структурою типу ZrNiAl. UTX серія виявилась достатньо перспективною для вивчення природи магнетизму актинідів, тому що в її межах, змінюючи один із компонентів, можна простежити його вплив на магнітні властивості. UСoAl - одне із найбільш цікавих сполучень даної серії. По ряду ознак його можна віднести до зонних метамагнетиків. Експериментально встановлено, що критичні параметри 3d- зонних магнетиків дуже чутливі до заміщення, тому мета даної роботи - вивчити вплив заміщення на 5f-метамагнетизм у UСoAl. Основна увага була зосереджена на розгляді підгратки Со (системи UCo_1-xT_xAl із T = Fe, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ir і Pt). Також була вивчена система UCoAl_1-xGa_x і немагнітне розведення в підгратці U (U_1-xY_xCoAl).

Наукова новизна одержаних результатів. Викладене в роботі систематичне вивчення ефектів заміщення на магнітні властивості досліджуваного сполучення UСoAl проведено вперше. Також вперше проведено настільки повне експериментальне дослідження таких систем: UCo_1-xT_xAl із T = Cu, Ru, Rh, Pd, Ir і Pt, UCoAl_1-xGa_x і U_1-xY_xCoAl; і на основі отриманих даних побудовані магнітні фазові діаграми. Крім того, проаналізовано зв'язок між природою і кількістю легувальног елемента і магнітними властивостями.

Практичне значення одержаних результатів. Виконані в роботі дослідження дозволяють виявити закономірності в зміні магнітних властивостей у вибраних речовинах, надають систематизовану інформацію про цілий ряд уранових сполучень. Можливо, одержані в роботі результати допоможуть привернути увагу теоретиків до уранових магнетиків, зокрема, до групи UTX, в яких на цей час отримано великий обсяг експериментального матеріалу.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі сучасного стану проблеми, оцінки її актуальності, у конструюванні і налагодженні експериментальних установок, виготовленні зразків для досліджень і виконанні експериментальних вимірів, статистичному опрацюванні та аналізі всіх отриманих результатів, їх порівнянні з результатами інших експериментів, формулюванні висновків. Здобувачем також були написані відповідні частини статей і тез, проведені наукові семінари.

Апробація результатів дисертації. Основні результати, що отримані в роботі, докладались і обговорювалися на п'ятьох міжнародних конференціях: Міжнародна конференція по фізиці низьких температур (Прага 1996), Міжнародні конференції по сильно корельованим електронним система (Зирич 1996 і Париж 1998), ЕММА (Сарагоза 1998), Міжнародний симпозіум по фізиці магнітних матеріалів (Сендай 1998).

Публікації Основний зміст дисертаційної роботи викладень в 10 статтях в наукових журналах.

Структура роботи. Робота складається із вступу, п'ятьох розділів, висновків та списку використаних джерел із 69 найменувань. Вона викладена на 134 сторінках, містить 84 рисунок та 7 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовані мета та задачі дисертаційний роботи, показано наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів.

В першому розділі проведено огляд літературних джерел, пов'язаних з теоретичним та експериментальним вивченням природи магнетизму актинідів та їх сполучень. У цьому розділі також подані основні властивості UTX сполучень із структурою типу ZrNiAl та магнітні властивості UCoAl.

Гексагональна структура типу ZrNiAl (просторова група Р6m2) показана на рис. 1. Всі атоми U мають еквівалентні позиції також як і атоми Х металу. Атоми Т металу мають дві нееквівалентні позиції Т₁ і Т₂ у співвідношенні 1:2. Гратка будується з двох типів шарів (3U+T₁) і (3X+2T₂) розташованих уздовж вісі с. Відстань між двома шарами (3U+T₁) дорівняється параметру гратки с. Параметри гратки в UCoAl: а = 666.7 пм, с = 396.5 пм. Кожний атом урану має чотири найближчих сусіда в базисній площині і двох сусід уздовж вісі с. Найкоротша відстань між двома U атомами в базисній площині UTX сполучень дорівнюється

і становить 347 пм для UCoAl.

UCoAl не виявляє спонтанної намагніченості аж до найнижчих температур, але при прикладені магнітного поля 1Тл уздовж вісі с при температурі нижче 16К спостерігається метамагнітний перехід. Сприйнятливість, що вимірюється в полях (Н||с) нижче чим 1Тл, має широкий максимум біля 17 К. З іншого боку, UCoAl не має аномалій (які вказують на магнітний фазовий перехід) на температурних залежностях теплоємності, електричного опору і параметрів гратки біля 16К. Всі ці результати вказують на парамагнітний основний стан UCoAl. У цьому контексті метамагнітний перехід приписують зонному метамагнетизму. Подібно до інших ізоструктурних магнітоупорядкованих UTX сполучень UCoAl має сильну одновісьову магнітну анізотропію. Магнетизм у UCoAl концентрується в напрямку вісі с із метамагнітним переходом 0.3 mВ/U біля 1Тл. Після метамагнітного переходу намагніченість продовжує зростати до 0.6 mВ/U у максимальних експериментальних полях, показуючи тільки слабку тенденцію до насичення. Намагніченість у базисній площині дуже слабка, лінійно залежить від магнітного поля і досягає тільки 0.1mВ/U у максимальних полях. Найнижча оцінка поля анізотропії Ва=120 Тл може бути зроблена з екстраполяції намагніченості в напрямку важкої вісі. У цьому полі досягається значення 0.3mВ/U отримане після метамагнітного переходу уздовж с вісі. Сильна анізотропія спостерігається також на температурній залежності високо польовій сприйнятливості, виявляючи набагато сильніший магнітний відгук у напрямку вісі с.

Для UСoAl было показано існування прихованої феромагнитной фази в області негативного тиску на Р-Т діаграмі Р < Р_К1. З діаграми очевидно, що в діапазоні тисків Р_К1 < Р< Р_К2 при зниженні температури феромагнітна фаза не виникає, проте зовнішнє магнітне поле сприяє її появі. У області з Р > Р_К2 перехід у феромагнітний стан не може бути викликаний навіть магнітним полем.

UCoAl має схожі характеристики з типовими 3d зонними метамагнетиками:

· Сприйнятливість має широкий максимум біля характеристичної температури Т_max.

· Високо-польова сприйнятливість велика навіть у магнітних полях вище метамагнітного переходу.

· Критичне поле метамагнітного переходу В_с пропорційне Т² при низьких температурах.

· Знайдено лінійну залежність між критичним полем метамагнітного переходу В_с і Т_max.

· Перехід є дуже чутливим до зміни прикладеного зовнішнього тиску та відхиленню від стехіометрії 1:1:1.

З другого боку UCoAl виявляє деякі відмінності від добре відомих зонних метамагнетиків YCo2 і LuCo₂:

· У UCoAl магнітні властивості в основному пов'язані з 5f-електронами U, тому, що внеском Co у магнітний момент можна знехтувати (як показали нейтро-дифракційні дослідження на монокристалах), в той час як у YCo₂ і LuCo₂ саме електрони Co є відповідальними за незвичну магнітну поведінку.

· Анізотропія метамагнетизму (у 3d метамагнетиках анізотропія не виявлена).

· Дуже низьке значення критичного поля В_с (критичне поле в YCo₂ і LuCo₂ майже на два порядки більше).

Другий розділ містить інформацію про виготовлення зразків і їх структурний аналіз, про магнітні виміри і виміри теплоємності. У цьому розділі також описана низькотемпературна техніка, яка використовувалась в цих експериментах.

Третій розділ присвячено розгляду магнітних властивостей сполучень, одержаних заміщенням в підгратці Со. Неперервні тверді розчини формуються у UСo_1-xT_xAl із T = Fe, Ni, Ru, Rh і Pt. Інші системи мають обмежену розчинність. У UСo_1-xT_xAl із T = Cu і Pd це пов'язано з відсутністю іншого ізоструктурного сполучення. У UСo_1-xIr_xAl сплави з х=0.5±0.3 складаються з двох ізоструктурних але різноманітних фаз. Таке змішування у системах UT¹_1-xT²_xAl, де обидва вихідних сполучення UT¹X і UT²X мають структуру типу ZrNiAl, виявлено вперше.

Для першої системи, системи з Fe, розходження між параметрами гратки вихідних з'єднань дуже мале і можна очікувати лінійні концентраційні залежності у твердих розчинах. У дійсності ми бачимо сильне відхилення від лінійності. Обидві криві мають сильні аномалії при х=0.6-0. 7. Нелінійність може бути пояснена нестатистичною зайнятістю двох нееквівалентних позицій атомів перехідного металу (Т₁ і Т₂). У UCoAl відстані U-Co₁ і U-Co₂ практично однакові і добре відповідають сумі атомних радіусів Co і U. Тоді як відстань Al-Co₁ менша, ніж у Al-Co₂. У випадку нестатистичної зайнятості атоми з великим радіусом займають позицію більшого розміру (Т₂). Цей факт був експериментально підтверджений вимірами ефекту Мессбауера.

Для системи UСo_1-xNi_xAl також спостерігаються немонотонні залежності параметрів гратки від концентрації. Параметр с має практично однакові значення до х=0.2 і потім зростає. Тоді як параметр а спочатку росте зі збільшенням складу Ni до х=0.3, але потім із подальшим ростом х практично не змінюється. Ці концентраційні залежності параметрів гратки не підпорядковуються закону Вегарда. Аномальне поводження відношення с/а при х=0.3 вказує на переважне заміщення позицій Т₂ атомами Ni. У наступній системі, системі з Ru, також спостерігається відхилення від лінійності в концентраційних залежностях параметрів гратки. Але в цьому випадку воно менш виражено та зміна в нахилі а(х) і с(х) відбувається при х=0.4-0.5. Для системи з Rh залежність а(х)- пряма, а на залежності с(х) спостерігається лише мале відхилення від лінійності. Для останньої системи з Pt концентраційні залежності параметрів гратки мають вигляд прямих. Це можна пояснити статистичним заповнюванням позицій Т₁ і Т₂.

У системі UСo_1-xPd_xAl сполучення із структурою типу ZrNiAl формуються в інтервалі з х<0.4. Величина х = 2/3, при якій спостерігається аномальне поводження в інших системах, лежить за межею розчинності.

Тому із лінійності а(х) і с(х) не можна робити висновок про рівномірний розподіл атомів Pd по позиціях Т₁ і Т₂, як це було зроблено у системі UСo_1-xPt_xAl.

У розгляданих системах можна розрізнити два типи магнітної поведінки. Перший тип: поступове пригнічення метамагнетизму (у цьому випадку на магнітних фазових діаграмах після метамагнітної області розташована область парамагнетизму). Цей тип поводження спостерігається у системах UСo_1-xT_xAl Т = Ni, Cu, Pd та Pt. Другий тип: існування суперпозиції феромагнітної і метамагнітної поведінки у деякому інтервалі концентрацій (у цьому випадку після метамагнітної області розташована область феромагнетизму). Цей тип поведінки подано у системах UСo_1-xT_xAl із T = Fe, Ru, Rh та Ir.

Система з Ni - типовий представник поведінки першого типу. Домішки Ni призводять до збільшення Вс і зменшення величини намагніченості після метамагнітного переходу. Подані криві намагнічування ізотропних порошкових зразків UСo_1-xNi_xAl з різноманітними значеннями х. Крива для х=0.06 все ще має слабку S-форму. Сполучення з х>0.08 виявляють регулярний парамагнетизм. Це продовжується до високих концентрацій Ni (0.8-0. 85), де відбувається поява антиферомагнітного упорядкування. У випадку T = Pt, В_с не зростає зі збільшенням змісту Т-метала, але всі інші особливості добре відповідають цій групі. Для більш високого утримання Т спостерігається поява магнітного упорядкування у системах UСo_1-xPt_xAl та UСo_1-xNi_xAl . Обмежена розчинність Т-метала у випадку Т = Cu і Pd не дозволяє нам простежити можливу появу магнітного упорядкування в цих системах. розчин метамагнетизм феромагнітний гібридизація

Інший тип магнітної поведінки - це криві намагнічування системи UCo_1-xRh_xAl при різноманітних концентраціях заміщуючого елемента. У цьому випадку суперпозиція феромагнітної та метамагнітної поведінки існує в деякому інтервалі концентрацій. Розмір критичного поля зменшується зі збільшенням х. Вже при х=0.01 з'являється спонтанний магнітний момент, але велика частина кривої намагнічування все ще має метамагнітний характер. Відношення "спонтанної" і "метамагнітної" частин магнітного моменту збільшується зі збільшенням змісту домішки. Це відношення залежить не тільки від визначеної композиції, але також від температур, феромагнітна компонента посилюється з охолодженням. Вище х=0.1 сполучення - феромагнетики без яких-небудь ознак феромагнетизму. У інших системах "змішаний" регіон варіюється від 1 -2 % (Fe, Ru) до 5 -6% (Rh, Ir). Феромагнетизм простягається по всій системі UСo_1-xRh_xAl, і, очевидно, UСo_1-xIr_xAl відповідно до поступового збільшення магнітного моменту зі зростанням х. В протилежність цьому немонотонні концентраційні залежності спонтанного магнітного моменту, що спостерігаються в системі UСo_1-xRu_xA, призводять до парамагнетизму при високому змісті заміщуючего елемента.

Всі ці результати вказують на головну роль 5f-3d гібридизації при формуванні U магнітних моментів і їх упорядкуванні. Як було показано раніше, у UCoAl магнітні властивості пов'язані з 5f електронами U, тому що 5f зона розташована поблизу рівня Фермі і густина 5f станів на ньому достатньо велика. В той час 3d зона Со лежить набагато нижче EF, вона практично повністю заповнена і густина 3d станів на E_F невелика. Можно допустити, що заміщення в підгратці Со призводить до перебудови 3d зони, проте внаслідок сильної 5f-3d гібридизації це спричиняє за собою зміну структури 5f зони U і як слідство густини станів на E_F А це призводить до зміни основного стана в досліджуваних системах.

У системах UСo_1-xT_xAl із T = Fe, Rh, Ru, Pd і Ir звуження 3d зони відбувається як за рахунок об'ємного розтягу так і за рахунок зменшення її зайнятості. Внаслідок сильної гібридизаціїї це призводить до зросту густини станів на EF у 5f зоні U. При деякій концентрації Т металу критерій Стонера виконується і основний стан - феромагнитний. У системах із T = Ni, Cu, Pd і Pt ситуація протилежна: зріст ширини 3d зони призводить до зменшення густини 5f станів на рівні Ферим і при деякій концентрації Т металу перехід у феромагнітний стан не може бути викликаний навіть додатком зовнішнього магнітного поля.

Четвертий розділ містить інформацію про заміщення у підгратці Al (UCoAl_1-xGa_x). Для цієї системи сполучення з гексагональною кристалічною структурою типу ZrNiAl існують у всьому інтервалі концентрацій. Параметри гратки виявляють дуже слабку залежність від концентрації. Параметр а дорівнює 668.6 пм для UCoAl та 669.3 пм для UCoGa. Стиск уздовж вісі с дорівнює 1.01%, а зменшення обсягу - менше ніж 1%.

Аналізуючи кристалічну структуру типу ZrNiAl, можна зробити припущення про те, що взаємодія 5f електронів з d станами Т - метала у базисній площині, завдяки щільному упаковуванню, більш сильна. 5f-d (U-T) гібридизація в базисній площині домінує над 5f-p (U-X) гібридизацією уздовж вісі с, яка грає повторну роль. Розвиток магнітних властивостей у системі UCoAl1-xGaх є експериментальним підтвердженням такому припущенню. Оцю систему можна віднести до систем із другим типом магнітної поведінки. У концентраційному інтервалі до 20% Ga спостерігається співіснування феро- і метамагнітної компонент. При більш високих концентраціях метамагнетизм зникає і спостерігається "чиста" феромагнітна поведінка з поступовим зростанням величин магнітного моменту та температури Кюрі. Повторна роль 5f-p гібридизації виявляється у тому, що перехід до феромагнетизму відбувається в достатньо широкому концентраційному інтервалі в порівнянні з заміщенням у підгратці Со (1-2% Fe и Ru, 5-6% Pd и Ir).

У п'ятому розділі розглядається система U_1-хY_хCoAl. YCoAl не формує структури типу ZrNiAl, тому спостерігається обмежена розчинність Y у UCoAl. Однофазними є сплави тільки з х<0.4. Об'ємне розширення через заміщення Y дорівнює 1.6% (для х=0.4). Це є результатом 2.1% лінійного розтягу в базисній площині та 2.5% стиску уздовж вісі с.

Немонотонний розвиток магнітних властивостей у системі U_1-xY_xCoAl можна уявити як результат взаємодії двох процесів: негативного хімічного тиску і немагнітного розведення. Було показано, що для стабілізації феромагнетизму в UCoAl необхідне об'ємний розтяг 0.5%. У сполученні з х = 0.06, у якому перехід до феромагнітного стану практично завершено, DV/V = 0.3%. Ця величина має достатньо гарну відповідність з теоретичною оцінкою. Отже при малому утриманні Y головну роль грає ефект негативного хімічного тиску при заміщенні меншого по об'єму атому U на більший Y. При подальшому збільшенні утримання Y ефект немагнітного розведення стає домінуючим, і це призводить до поступового пригнічення феромагнетизму. Перехід у парамагнітний стан відбувається при х = 0.14.

Висновки

У ході вирішення завдань, поставлених у дисертаційній роботі, були досліджені системи, отримані в результаті заміщення у всіх трьох підгратках UСoAl (UCo_1-хТ_хAl із Т = Fe, Ni, Cu, Rh, Ru, Pd, Ir і Pt, UCoAl_1-xGa_х і U_1-xY_xCoAl), дані про які раніше не зустрічалися в літературі або зустрічалися не в повному обсязі. Основні результати роботи можуть бути сформульовані таким чином:

1. Отримані нові експериментальні результати підтверджують те, що UCoAl дійсно можна віднести до зонних магнетиків, зокрема до 5f-зонніх метамагнетиків. В групі уранових інтерметалідів UTX із гексагональною кристалічною структурою типу ZrNiAl до речовин, чиї магнітні властивості описуються в зонній моделі відноситься парамагнетик UFeAl. Крім того, в UTX серії існує сполучення, котре можна віднести до 5f-метамагнетика, магнітні властивості котрого описуються в моделі локалізованих електронів (UNiAl).

2. Експериментально виявлений нелінійний характер залежностей параметрів гратки а и с від концентрації Т металу в системах UСo_1-xT_xAl із Fe, Ni, Rh, і Ru, хоча концентраційні залежності обсягу елементарної комірки лінійни відповідно до закону Вегарда. Можно припустити, що вид отриманий кривих обумовлений нестатистичним характером заміщення Со у двох нееквівалентних кристалографічних позиціях Т₁ і Т₂. У системах із Ni, Rh, і Ru при малих концентраціях Т металу заміщення відбувається переважно в позиції Т₂. Далі з ростом концентрації, коли майже всі позиції Т ₂ зайняті, починається заміщення в позиції Т₁. У послідовності Ni® Ru® Rh® Pt із ростом обсягу замічающего атома, нелінійний характер кривих стає менше вираженим, що вказує на порушення переважного заміщення. Лінійні залежності параметрів гратки для системи з Т = Pt указують на рівномірний розподіл атомів Pt по позиціях Т₁ і Т₂. У ряді досліджуваних систем Т= Cu, Rh, і Ir була виявлена обмежена розчинність, що не дозволяє на підставі отриманих даних зробити висновок про характер заміщення в позиціях Т ₁ і Т ₂ для даних сполучень.

3. Після експериментального дослідження всіх, описаних вище систем, було виявлене існування в них двох типів магнітного поводження.

· В системах UСo_1-xT_xAl с T = Ni, Cu, Pd и Pt спостерігається поступове пригнічення метамагнетизму із зростом концентрації Т - метала, виражене в збільшенні критичного поля метамагнітного переходу і зменшенні стрибка намагніченості під час переходу;

· Для систем UСo_1-xT_xAl с T = Fe, Rh, Ru, Pd, Ir, UCoAl_1-xGa_x і U_1-xY_xCoAl спостерігається суперпозиція метамагнітного і феромагнітного поводжень у деякому інтервалі концентрацій і температур.

4. Подані результати можна пояснити, враховуючи домінуючу роль 5f-3d гібридизації при формуванні й упорядкуванні U магнітних моментів.

5. У системах UСo_1-xT_xAl із T = Fe, Rh, Ru, Pd і Ir звуження 3d зони відбувається як за рахунок об'ємного розтягу так і за рахунок зменшення її зайнятості. Проте внаслідок сильної гібридизації це призводить до росту густини станів на EF у 5f зоні U і при деякій концентрації Т металу критерій Стонера (для UCoAl він дорівнює 0.61 і близький до виконання) виконується й основний стан - феромагнитний. У системах із T = Ni, Cu, Pd і Pt ситуація протилежна: зріст ширини 3d зони призводить до зменшення густнини 5f станів на рівні Фермі і при деякій концентрації Т металу перехід у феромагнитний стан не може бути викликаний навіть додатком зовнішнього магнітного поля

6. У роботі була вперше розглядана система UCoAl_1-xGa_х. Дослідження даної системи було проведено для експериментальної перевірки припущення, зробленого на основі аналізу кристалічної структури, про значно більший вплив на магнітні властивості 5f-d (U-T) гібридизації в базисній площині, чим 5f-p (U-X) гібридизації уздовж вісі с. Більш широка область метамагнетизму (біля 20%), чим у випадку заміщення в підгратці Со (1-2 % Fe і Ru, 5-6 % Pd і Ir) вказує на слушність зробленого припущення.

7. В роботі також вперше було проведено експериментальне вивчення процесів немагнітного розведення в UСoAl і дане якісне теоретичне пояснення спостереженого немонотонного розвитку магнітних властивостей у системі U_1-xY_xCoAl. Початкове заміщення U на Y призводить до стабілізації феромагнетизму. Це пов'язано з більшим об'ємом атома ітрію у порівнянні з атомом урану, що викликає значний об'ємний розтяг елементарної комірки. При подальшому зростанні утримання Y переважним стає ефект немагнітного розведення і при х = 0.14 відбувається перехід у парамагнітний стан.

Список опублікованих праць

1. A.V. Andreev, L. Havela, V. Sechovsk, J. Љebek, M. I. Bartashevich, T. Goto, K. Kamishima, D.A. Andreev, V. S. Gaviko, R. V. Dremov and I.K. Kozlovskaya, Onset of ferromagnetism between the paramagnets UCoAl and URuAl, Czechoslovak Journal of Physics 46 (1996) 3385-3386.

2. L. Havela, A.V. Andreev, V. Sechovsk, I.K. Kozlovskaya, K. Prokeљ, P. Javorskэ, M. I. Bartashevich, T. Goto, K. Kamishima, 5f-band metamagnetism in UCoAl, Physica B 230-232 (1997) 98-101.

3. A.V. Andreev, L. Havela, V. Sechovsk, M. I. Bartashevich, J. Љebek, R. V. Dremov and I.K. Kozlovskaya, Ferromagnetism in UCo_1-xRu_xAl quaternary intermetallics, Philosophical Magazine B vol. 75, No 6 (1997) 827-844.

4. A.V. Andreev, V. Sechovsk, L. Havela, M. I. Bartashevich, T. Goto, R. V. Dremov and I.K. Kozlovskaya, Magnetic properties of UCo_1-xRu_xAl and UNi_1-xRu_xAl solid solution, Physica B 237-238, (1997) 224-225.

5. A.V. Andreev, I.K. Kozlovskaya, V. Sechovsk, Magnetic properties of the UCo_1-xPt_xAl solid solution, Journal of Alloys and Compounds 265 (1998) 38-41.

6. A.V. Andreev, I.K. Kozlovskaya, N. V. Mushnikov, T. Goto, V. Sechovsk, L. Havela, Y. Homma, Y. Shiokawa, Ferromagnetism in the U_1-xY_xCoAl system, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 196-197 (1999) 658-659.

7. I.K. Kozlovskaya, A.V. Andreev, J. Љebek, M. Tomida, Y. Shiokawa, Y. Homma,

V. Sechovsk, Specific-heat study of the UCoAl_1-xGa_x system, Physica B 259-261 (1999) 242-243.

8. A.V. Andreev, I.K. Kozlovskaya, N.V. Mushnikov, T. Goto, V. Sechovsk?, Y. Homma, Y. Shiokawa, Magnetic properties of the UCo_1-xT_xAl solid solution (T=Rh and Ir), Journal of Alloys and Compounds 284 (1999) 77-81.

9. A.V. Andreev, I.K. Kozlovskaya, V. Sechovsk, N. V. Mushnikov, T. Goto, Y. Shiokawa, Structure and magnetic properties of Pd and Cu doped UCoAl, Journal of Alloys and Compounds 291 (1999) 11-15.

10. И.К. Козловская, Э.А. Завадский, Скрытая ферромагнитная фаза в соединениях на основе UСoAl, Физика и техника высоких давлений 10, № 4 (2000) 122-126.

Размещено на Allbest.ru