Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
? UCu2
Up 0 О UAs
U3P4
P-UH3B QUS
USe
UP,
jUTe
usb иДь2
О u
О -ти,
П-т,
Кюри
А —Упорядочение отсутствует
^сверхпров
UBe1
’о
UPtc
UNi5 у| I
.д!--------
о
UCuc
UB1
3
¦ сь
I
250
3,0
3,5 4,0
Расстояние U-U (А)
4,5
5,0
Рис. 24. График Хилла для соединений урана
Г рафик Хилла представляет зависимость температур перехода к сверхпроводимости или магнетизму от межатомного расстояния, разделяющего атомы с f электронами. Мы расширили оригинальный график Хилла для урановых соединений, включив в него больше данных - в частности, температуры перехода двух сверхпроводящих тяжелофермионных соединений UPt3 и UBe13. Хилл предположил, что перекрытие волновых функций f электронов между атомами урана определяет, будут ли f электроны локализованными (магнитными) или блуждающими (сверхпроводящими) независимо от посторонних атомов. Большинство соединений вели себя так, как предсказывал Хилл. Сверхпроводящие соединения возникали при небольших расстояниях между f электронами (квадрант голубого цвета), а соединения с магнитными свойствами возникали при больших расстояниях между f электронами. Исключениями являются сверхпроводящие соединения с тяжелыми фермионами. Хотя расстояния между атомами урана в этих соединениях достаточно большие, f электроны остаются не полностью локализованными и могут сконденсироваться в состояние сверхпроводимости
тов в верхней части огромного парамагнитного фона в 6-плутонии. Хотя наличие локальных моментов согласуется с моделью 6-плутония, описанной в статье Купера, мы сохраняем несколько скептичное отношение к интерпретации этих данных, потому что очень большое число систем с коррелированными электронами демонстрирует восприимчивость того же типа, даже когда они не имеют локальных моментов.
Магнетизм и локальные моменты в плутонии проявятся, если мы разупо-рядочим его атомы. Как упоминалось в статье “Блуждающий магнетизм, инвар и 6-плутоний”, гидрид плутония является ферромагнетиком, потому что увеличенное расстояние между атомами плутония
является причиной локализации f электронов и того, что их поведение выходит за пределы диагонали рис. 19 и они попадают в магнитное состояние. Это последнее утверждение подводит нас к обсуждению соединений актиноидов, которые имеют в наличии локализованные 5f состояния или их основные состояния становятся сверхпроводящими.
Графики Хилла и соединения актиноидов
Переход от блуждающих электронов к локализованным может быть легко достигнут, если атомы разупорядочены. До 1970 года исследователи не могли
догадаться или понять, будут ли церий и соединения урана сверхпроводниками или магнитами. В 1970 году в JIoc-Ала-мосе Хантер Хилл объяснил, при каких условиях металлические соединения, содержащие элементы с f электронами, будут вести себя как сверхпроводники или как магниты. До того времени существовало представление, что соединения легких антиноидов и лантаноидов демонстрируют эти два коллективных основных состояния непредсказуемым образом.
Хилл понял, что в церии и соединениях легких актиноидов расстояние между элементами с f электронами определяло, будут ли их основные состояния обладать свойствами сверхпроводимости или
Number 26 2000 Los Alamos Science
123
Плутоний. Физика конденсированного вещества
Температура (К)
Рис. 25. Форма удельной теплоемкости сверхпроводящего перехода в ниобии
Обычные сверхпроводники, такие как ниобий, демонстрируют скачок удельной теплоемкости, когда достигается температура сверхпроводящего перехода, потому что в спектре возможных электронных энергий появляется щель. Именно эта энергетическая щель является причиной сведения к нулю сопротивления материала. То есть, находясь в состоянии сверхпроводимости, электроны проводимости не могут рассеиваться, когда они движутся по веществу, потому что рассеяние заставило бы их иметь энергии в пределах энергетической щели. Если к веществу прикладывается внешнее магнитное поле, сверхпроводящий переход будет подавлен и удельная теплоемкость будет изменяться в зависимости от температуры, как у обычного металла. Заметим, что этот график не является прямой линией, потому что по вертикальной оси откладываются значения С, а не CIT. Такая же форма удельной теплоемкости в сверхпроводящих переходах появляется в соединениях с тяжелыми фермионами, таких как CeCu2Si2 и UBe13, но при температуре в 10 раз ниже и при удельной теплоемкости в 10 раз большей
магнитными свойствами, обычно достаточно независимо от того, какие атомы, содержащие не f электроны, разделяли их. Рис. 24 показывает то, что сейчас называется графиком Хилла, для соединений урана. По вертикали даны температуры переходов в состояние сверхпроводимости или магнитное состояние, а по горизонтали указываются расстояния между атомами f электронных элементов. В оригинальном графике Хилла известные характеристики попадают в два из четырех квадрантов - большие расстояния связаны с магнетизмом, а малые расстояния связаны со сверхпроводимостью.
