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,mБ

	Эфф. магн. момент в парамагн. состоянии,mБ

	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

	BiF3 b-W

	182

	0,9

	2,8

	ФМ

-UH2

	168-174

	0,9-1,2

	2,44

	ФМ

UPt

	CrB

	27

	?

	?

	ФМ

PuPt

	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

1. Handbook on the Physics and Chemistry of the Actinides, v. 1-2. 
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