к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я

Актинидные магнетики

Актинидные магнетики - кристаллич. магнетики (металлы, сплавы, соединения), а также аморфные магнетики ,содержащие элемент из ряда акти-нидов (актиноидов): Ac, Th, Pa, U, Np, Pu и др. В более узком смысле А. м.- вещества, содержащие актинид и обладающие магн. упорядочением (ферро-, ферри- и антиферромагнетизмом). Первое магнито-упорядоченное актинидное соединение - ферромагн. тригидрид урана - обнаружено в 1952.

Природа магнетизма актинидов и их соединений. Магн. момент атомов актинидов обусловлен частичной незаполненностью их электронной 5f-оболочки. Эта оболочка (ср. радиус 0,7 ) более протяжённа, чем частично заполненная 4f-оболочка атомов редкоземельных элементов (ср. радиус 0,5), но имеет меньшие размеры, чем неполностью заполненная 3d-оболочка атома элементов группы железа (ср. радиус 0,8-0,9). Т. о., актиниды занимают промежуточное положение между редкоземельными элементами, магнетизм к-рых хорошо описывается моделью локализованных 4f-электронов (см. Редкоземельные магнетики)и металлами группы железа, в магнетизме к-рых существ. роль играют эффекты, обусловленные коллективизацией 3d-электронов (см. Ферромагнетизм ).В актинидных соединениях при достижении нек-рого критич. расстояния между соседними атомами актинида в кристаллич. решётке (для соединений урана , нептуния , плутония ) происходит Momma переход 5f-электронов из коллективизированного в локализованное состояние. В результате магнитоупорядоченными, как правило, являются соединения актинидов, у к-рых расстояние между соседними атомами актинида , а в соединениях, где , имеют место Паули парамагнетизм (рис.) и сверхпроводимость.

Зависимость температуры Т магнитного упорядочения от расстояния между ближайшими атомами урана в кристаллической решетке соединений урана; - ферромагнетики,- антиферромагнетики, - парамагнетики (температура магнитного упорядочения отсутствует).

Магнитные свойства актинидов. В элементах Ра, U, Np и Pu , поэтому 5f-электроны в них коллективизированы. Т. к. плотность состояний 5f-электронов на ферми-уровне невелика и критерий зонного ферромагнетизма не выполняется (см. Зонный магнетизм ),эти металлы являются обменно-усилен-ными зонными парамагнетиками е магн. восприимчивостью = (2-7)*10⁴ см³/моль. С увеличением ат. номера актинида радиус 5f-оболочки уменьшается, и, начиная с Am, 5f-электроны в атомах можно рассматривать как локализованные. В Am осн. состояние 5f⁶ является немагнитным (полное квантовое число J=0), и этот металл обладает ванфлековски.п парамагнетизмом. = Сm с гексагональной кристаллич. структурой переходит в антиферромагн. состояние ниже 52 К, =Сm с кубич. кристаллич. структурой ниже 205 К, является либо ферримагнетиком, либо имеет неколлинеарную магн. структуру.

При низких температурах становится антиферромагнитным (по разл. данным его температуpa Нееля 22-34 К), ниже 51 К переходит к ферромагн. состоянию. В -модификациях Bk и Cf, а также в Es магн. упорядочения не обнаружено. Приведённые данные предварительны, т. к. исследования магнетизма трансурановых элементов затруднены их высокой радиоактивностью. Сведения о магнетизме тяжёлых актинидов Fm, Md и т. д. отсутствуют.

Магнетизм соединений, содержащих актиниды. Свойства магнитоупорядоченных соединений актинидов исключительно разнообразны. Обычно рассматривают две разл. группы А. м.:

1. Соединения с коллективизированными 5f-элект-ронами (для них, как правило, ), в ряде случаев они содержат наряду с актинидами переходные d-металлы. Для этих магнетиков характерна малая по сравнению с рассчитанной в приближении локализованных магн. моментов величина намагниченности насыщения, подавление ферромагнетизма при наложении умеренного всестороннего давления, большая величина коэф. электронной теплоёмкости, отклонения от Кюри - Вейсса закона для парамагн. восприимчивости и т. д. Примеры зонных актинидных магнетиков: интерметаллические соединения типа АnМ₂ (где An - U, Np, Pu; М-переходной металл группы железа), UPt, NpRu₂, NpOS₂ и т. д.

2. Соединения с почти локализованными 5f-электронами. У А. м. такого типа величины магн. моментов в магнитоупорядоченном состоянии близки к теоретически рассчитанным, выполняется закон Кюри - Вейсса для парамагн. восприимчивости, наблюдаются гигантские значения магнитной анизотропии и магнитострикции. Характерными для актинидных антиферромагнетиков являются сложные магнитные атомные структуры (геликоидальные, типа спиновой волны, неколлинеарные структуры и т. д.), переходы между разл. магн. структурами при изменении температуры.

Предпринимались попытки описать магнетизм соединений с лёгкими актинидами (на основе аналогии с редкоземельными магнетиками) в модели полностью локализованных 5f-электронов, обменное взаимодействие между к-рыми осуществляется через электроны проводимости (см. Косвенное обменное взаимодействие). Однако исследования монопниктидов с хим. ф-лой АnХ (X - N, Р, As, Sb, Bi) и монохаль-когенидов AnY (Y - S, Se, Те) урана, нептуния и плутония (эта группа соединений изучена наиб. подробно) показали, что в них 5/-электроны не локализованы полностью и существенны эффекты перекрытия 5f- и 6d-орбиталей актинида, приводящие к возникновению сильноанизотропного обменного взаимодействия. Альтернативным механизмом, привлекаемым для объяснения магн. свойств моносоединений лёгких актинидов, является механизм смешивания 5f-электронов атома актинида с р-состояниями второго компонента (S, Se и др.).

Магн. свойства ряда А. м. приведены в табл.

Магнитные свойства некоторых актинидных магнетиков

Соединения	Тип кристаллич. структуры	температуpa магн. упорядочения, К	Магн. момент в упорядоченном состоянии,m_Б	Эфф. магн. момент в парамагн. состоянии,m_Б	Тип магн. упорядочения
UFe₂	MgCu₂	170	0,6	2,0	ФМ
NpFe₂		500	2,7	?	ФМ
PuFu₂		600	?	?	ФМ
AmFe₂		350-400	3,3	?	ФМ
UO₂	CaF₂	30,8	1,8	3,8	АФМ
NpO₂		25	R0,01	2,95	АФМ
PuO₂				-	ПМ
AmO₂ I		8,5	?	1,32	АФМ
BkO₂		3	?	7,66	АФМ
UN	NaCl	52	0,75	3,1	АФМ
NpN		87	1,4	2,4	ФМ
PuN		13	<0,3	1,5	АФМ
AmN		-	-	1,4	ПМ
CmN		109	?	?	ФМ
UAs	NaCl	124; 62	1,92	3,4	АФМ (2 структуры)
NpAs		172; 155; 142	2,5	2,6	АФМ (3 структуры)
PuAs		129	0,35	0,97	ФМ
AmAs		13	?	1,1	АФМ
CmAs		140	?	6,6	ФМ
-UH₃	BiF₃b-W	182	0,9	2,8	ФМ
-UH₂	BiF₃b-W	168-174	0,9-1,2	2,44	ФМ
UPt	CrB	27	?	?	ФМ
PuPt	CrB	19	0,22	?	ФМ

В табл. приняты следующие обозначения: ФМ - ферромагнетик, АФМ - антиферромагнетик, ПМ - парамагнетик; ? -данных нет; значение магн. момента (в магнетонах Вора )дано на формулу (UFe₂ и т. д.).

Литература по актинидным магнетикам

Handbook on the Physics and Chemistry of the Actinides, v. 1-2.
Editors A. J. Freeman and G. H. Lander, North-Holland Publ. Сотр., 1984-85.

P. 3. Левитин

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира