ВЛИЯНИЕ СПИНОВОГО И ФОНОННОГО АНГАРМОНИЗМОВ НА ЭЛЕКТРОННЫЕ, МАГНИТНЫЕ И ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ПОЧТИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МЕТАЛЛОВ
|
ВВЕДЕНИЕ
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
Список работ автора по теме диссертации
Список литературы
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
Список работ автора по теме диссертации
Список литературы
Актуальность работы
Почти магнитные б,£-металлы, которые при легировании малым количеством ферромагнитной примеси становятся ферромагнитными, обладают аномальными электронными, магнитными и теплофизическими свойствами. При этом описание основного состояния подсистемы сильно-коррелированных фЕэлектронов этих металлов с использованием «первопринципных» методов расчета электронной структуры в рамках широко известного приближения локальной плотности (Ь(8)ВЛ) противоречит экспериментальным наблюдениям (например, магнитное основное состояние дельта-плутония). Дополнительный учет хаббардовских корреляций фЕэлектронов и спин-орбитального взаимодействия (в методе ЕВЛ+ЗО+И) в ряде случаев приводит к более корректному описанию основного состояния, однако, не позволяет объяснить экспериментально наблюдаемые свойства при конечных температурах. Кроме того, параметр внутриатомного кулоновского взаимодействия электронов, соотношение которого с эффективной шириной зоны определяет степень проявления кулоновских корреляций и магнитное состояние, при проведении расчетов «из первых принципов» является свободно варьируемым, что накладывает ограничения на корректность получаемых результатов.
Основная трудность описания свойств почти (ферро)магнитных металлов при конечных температурах связана с трудностями учета магнитного и решеточного ангармонизмов, приводящих к температурному переходу от паулиевской магнитной восприимчивости к кюри-вейссовской и к сильным температурным зависимостям упругих модулей, коэффициентов теплового расширения, аномалиям в фононном спектре и др. Поэтому до сих пор отсутствует количественное согласие между экспериментом и данными теоретических расчетов магнитных и электронных свойств даже для таких давно изучаемых почти (ферро)магнитных металлов, как палладий и платина. Еще более остро проблема учета решеточного и магнитного ангармонизма проявляется при изучении почти (ферро)магнитного дельта-плутония, что обусловлено возникающими в этом металле радиационными дефектами. При этом изучение электронной подсистемы плутония и его сплавов дополнительно стимулируется открытием сверхпроводящего соединения РиСоОа5(Тс~18,5 К), необычные свойства которого связывают с электронной подсистемой плутония (т.к. при замещении плутония другими актинидами сверхпроводимость исчезает).
Цель работы: развитие самосогласованных подходов к описанию влияния спинового и фононного ангармонизмов на электронную структуру, магнитные, тепловые и упругие свойства почти магнитных металлов.
Научная новизна:
1. В рамках развитой йПмодели для почти магнитных 1-металлов учтены хаббардовские корреляции как в системе Г. так и в системе й электронов, а также обменное взаимодействие между электронами этих зон. Полученная система уравнений позволяет самосогласованно рассчитывать температурные зависимости статической спиновой магнитной восприимчивости, плотности электронных состояний, амплитуды спиновых флуктуаций с учетом эффектов температурного перераспределения электронов между £- и й-зонами, приводящих к изменению валентности.
2. Предложена новая схема проведения самосогласованных расчетов электронной структуры и магнитной восприимчивости, объединяющая первопринципный метод Ь(8)ВА+и+8О (в рамках базиса БР-ЬАР'№) со сформулированными для почти магнитных й- и 1-металлов спин- флуктуационными моделями. Разработанная процедура позволяет самосогласованно определять параметр и внутриузельного хаббардовского отталкивания й(£)-электронов.
3. Выполненные для почти магнитных палладия, платины и б-плутония (Puo.96Gao.o4) расчеты полных и парциальных плотностей электронных состояний, а также магнитной восприимчивости впервые позволили самосогласованным образом описать экспериментальные температурные зависимости магнитной восприимчивости этих металлов в широком интервале температур.
4. Показано, что достаточно сильная температурная зависимость магнитной восприимчивости палладия и платины, а также разбавленных сплавов б-плутония объясняется спиновым ангармонизмом, приводящим к расщеплению электронного спектра флуктуирующими внутренними обменными полями и к формированию температурно-индуцированных локальных магнитных моментов (ТИЛММ).
5. Разработана новая процедура оценки вкладов, связанных с фононным ангармонизмом, основанная на определении коэффициента Пуассона с из условия наилучшего согласия между расчетной и экспериментальной температурными зависимостями среднеквадратических отклонений (СКО) атомов от положения равновесия при температурах ниже температуры Дебая.
6. В рамках единой самосогласованной схемы выполнен расчет температурных зависимостей полной теплоемкости, решеточных составляющих объемного коэффициента теплового расширения, модуля всестороннего сжатия и плотности палладия, платины и ö-плутония, что впервые позволило объяснить экспериментальные данные по теплоемкости этих металлов в широком интервале температур.
7. Показано, что спиновый и фононный ангармонизмы оказывают существенное влияние на тепловые и упругие свойства почти магнитных металлов.
Научное и практическое значение
Выяснение природы аномалий свойств почти магнитных металлов имеет исключительно важное научное и практическое значение, поскольку на их основе возможно создание новых функциональных материалов. Например, на основе сплавов Fe-Pd и Fe-Pt создаются ферромагнитные материалы с памятью формы. Кроме того, данные о теплофизических и упругих свойствах палладия необходимы при проектировании прецизионных механических устройств, создаваемых на его основе. Исследование физических свойств платины представляет интерес, в частности, для получения уравнения её состояния, поскольку платина часто используется в качестве эталона при проведении экспериментов под высоким давлением. Особый интерес представляет плутоний (в первую очередь, его ö-фаза), поскольку он является стратегически важным элементом для ядерной энергетики. Известно, что на свойства плутония сильное влияние оказывают дефекты, возникающие вследствие эффектов радиоактивного самооблучения, при этом на настоящий момент времени остается актуальным создание моделей, которые бы должным образом позволяли количественно описывать влияние радиационных дефектов на свойства трансурановых металлов и сплавов на их основе. При этом представляет интерес теоретическое исследование и моделирование свойств 5-плутония, которое позволит осуществить оценку свойств «бездефектного» металла и на основе получаемых результатов судить о влиянии радиационных дефектов.
Развитие спин-флуктуационных моделей, учитывающих хаббардовские корреляции в системе £■ и б-электронов, а также обменное взаимодействие между электронами этих зон представляет существенный научный интерес, поскольку такие модели позволят объяснить наблюдаемые на эксперименте температурные зависимости электронных и магнитных свойств не только 5-плутония, но и других недостаточно изученных 5£ и 4£ систем. В частности, развитие б£-модели необходимо для выяснения природы сверхпроводимости в активно обсуждаемой группе соединений со структурой НоСоОа5(115) (в особенности, РнСоОа5).
Автор выносит на защиту следующие положения:
1. Спин-орбитальное взаимодействие, учитываемое в рамках метода ЬВА+И+ЗО для почти ферромагнитных Рб и Р1, приводит к уменьшению величины фактора обменного усиления магнитной восприимчивости их основного состояния, причем влияние спин-орбитального взаимодействия существенно усиливается при переходе от палладия к платине.
2. Обусловленное магнитным ангармонизмом расщепление электронного спектра флуктуирующими внутренними обменными полями в почти магнитных б-металлах приводит к формированию температурно- индуцированных локальных магнитных моментов, которые обеспечивают переход от паулиевской к кюри-вейссовской температурной зависимости спиновой магнитной восприимчивости этих металлов.
3. Необычные температурные зависимости магнитной восприимчивости 5-плутония объясняются большим (до 70%) орбитальным вкладом и спиновым вкладом, температурная зависимость которого обусловлена образованием температурно-индуцированных локальных магнитных моментов, возникающих вследствие проявления магнитного ангармонизма в 5-плутонии.
4. Вследствие расщепления электронного спектра 5-плутония флуктуирующими внутренними обменными полями, увеличивающегося с ростом температуры, орбитальный вклад в магнитную восприимчивость ö-плутония становится температурно-зависимым.
5. Спиновые флуктуации, возникающие в условиях магнитного ангармонизма, обуславливают повышенные значения и нелинейные температурные зависимости электронной теплоемкости почти магнитных металлов.
6. Существенное влияние на теплофизические и упругие свойства почти магнитных d- и f-металлов оказывают эффекты фононного ангармонизма.
7. Основным фактором, обуславливающим стабилизацию дельта фазы плутония относительно его альфа фазы, является увеличение решеточной энтропии при переходе от альфа к дельта фазе.
Апробация работы. Материалы диссертационного исследования докладывались на следующих конференциях:
1. X International conference «Condensed Matter and Materials Physics - CMMP10» (United Kingdom, University of Warwick, December 2010)
2. Хи XI Международных семинарах «Фундаментальные свойства плутония» (Саров, июль 2010 и Снежинск, сентябрь 2011)
3. Международной конференции «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» (г. Махачкала, ноябрь 2010)
4. V и VI Всероссийских научно-технических конференциях «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, ноябрь 2009 и октябрь 2011)
Личный вклад автора
На всех этапах работы (литературный обзор, постановка задачи, получение и обсуждение результатов) автором внесен значимый вклад. Постановка задачи, обсуждение и интерпретация полученных результатов были проведены совместно с научным руководителем.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 7 статей в реферируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК РФ и в международные системы цитирования Scopus и ISI Web Of Science. Список работ диссертанта приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Она изложена на 168 страницах, включая 42 рисунка. Список цитируемой литературы содержит 122 наименования.
Почти магнитные б,£-металлы, которые при легировании малым количеством ферромагнитной примеси становятся ферромагнитными, обладают аномальными электронными, магнитными и теплофизическими свойствами. При этом описание основного состояния подсистемы сильно-коррелированных фЕэлектронов этих металлов с использованием «первопринципных» методов расчета электронной структуры в рамках широко известного приближения локальной плотности (Ь(8)ВЛ) противоречит экспериментальным наблюдениям (например, магнитное основное состояние дельта-плутония). Дополнительный учет хаббардовских корреляций фЕэлектронов и спин-орбитального взаимодействия (в методе ЕВЛ+ЗО+И) в ряде случаев приводит к более корректному описанию основного состояния, однако, не позволяет объяснить экспериментально наблюдаемые свойства при конечных температурах. Кроме того, параметр внутриатомного кулоновского взаимодействия электронов, соотношение которого с эффективной шириной зоны определяет степень проявления кулоновских корреляций и магнитное состояние, при проведении расчетов «из первых принципов» является свободно варьируемым, что накладывает ограничения на корректность получаемых результатов.
Основная трудность описания свойств почти (ферро)магнитных металлов при конечных температурах связана с трудностями учета магнитного и решеточного ангармонизмов, приводящих к температурному переходу от паулиевской магнитной восприимчивости к кюри-вейссовской и к сильным температурным зависимостям упругих модулей, коэффициентов теплового расширения, аномалиям в фононном спектре и др. Поэтому до сих пор отсутствует количественное согласие между экспериментом и данными теоретических расчетов магнитных и электронных свойств даже для таких давно изучаемых почти (ферро)магнитных металлов, как палладий и платина. Еще более остро проблема учета решеточного и магнитного ангармонизма проявляется при изучении почти (ферро)магнитного дельта-плутония, что обусловлено возникающими в этом металле радиационными дефектами. При этом изучение электронной подсистемы плутония и его сплавов дополнительно стимулируется открытием сверхпроводящего соединения РиСоОа5(Тс~18,5 К), необычные свойства которого связывают с электронной подсистемой плутония (т.к. при замещении плутония другими актинидами сверхпроводимость исчезает).
Цель работы: развитие самосогласованных подходов к описанию влияния спинового и фононного ангармонизмов на электронную структуру, магнитные, тепловые и упругие свойства почти магнитных металлов.
Научная новизна:
1. В рамках развитой йПмодели для почти магнитных 1-металлов учтены хаббардовские корреляции как в системе Г. так и в системе й электронов, а также обменное взаимодействие между электронами этих зон. Полученная система уравнений позволяет самосогласованно рассчитывать температурные зависимости статической спиновой магнитной восприимчивости, плотности электронных состояний, амплитуды спиновых флуктуаций с учетом эффектов температурного перераспределения электронов между £- и й-зонами, приводящих к изменению валентности.
2. Предложена новая схема проведения самосогласованных расчетов электронной структуры и магнитной восприимчивости, объединяющая первопринципный метод Ь(8)ВА+и+8О (в рамках базиса БР-ЬАР'№) со сформулированными для почти магнитных й- и 1-металлов спин- флуктуационными моделями. Разработанная процедура позволяет самосогласованно определять параметр и внутриузельного хаббардовского отталкивания й(£)-электронов.
3. Выполненные для почти магнитных палладия, платины и б-плутония (Puo.96Gao.o4) расчеты полных и парциальных плотностей электронных состояний, а также магнитной восприимчивости впервые позволили самосогласованным образом описать экспериментальные температурные зависимости магнитной восприимчивости этих металлов в широком интервале температур.
4. Показано, что достаточно сильная температурная зависимость магнитной восприимчивости палладия и платины, а также разбавленных сплавов б-плутония объясняется спиновым ангармонизмом, приводящим к расщеплению электронного спектра флуктуирующими внутренними обменными полями и к формированию температурно-индуцированных локальных магнитных моментов (ТИЛММ).
5. Разработана новая процедура оценки вкладов, связанных с фононным ангармонизмом, основанная на определении коэффициента Пуассона с из условия наилучшего согласия между расчетной и экспериментальной температурными зависимостями среднеквадратических отклонений (СКО) атомов от положения равновесия при температурах ниже температуры Дебая.
6. В рамках единой самосогласованной схемы выполнен расчет температурных зависимостей полной теплоемкости, решеточных составляющих объемного коэффициента теплового расширения, модуля всестороннего сжатия и плотности палладия, платины и ö-плутония, что впервые позволило объяснить экспериментальные данные по теплоемкости этих металлов в широком интервале температур.
7. Показано, что спиновый и фононный ангармонизмы оказывают существенное влияние на тепловые и упругие свойства почти магнитных металлов.
Научное и практическое значение
Выяснение природы аномалий свойств почти магнитных металлов имеет исключительно важное научное и практическое значение, поскольку на их основе возможно создание новых функциональных материалов. Например, на основе сплавов Fe-Pd и Fe-Pt создаются ферромагнитные материалы с памятью формы. Кроме того, данные о теплофизических и упругих свойствах палладия необходимы при проектировании прецизионных механических устройств, создаваемых на его основе. Исследование физических свойств платины представляет интерес, в частности, для получения уравнения её состояния, поскольку платина часто используется в качестве эталона при проведении экспериментов под высоким давлением. Особый интерес представляет плутоний (в первую очередь, его ö-фаза), поскольку он является стратегически важным элементом для ядерной энергетики. Известно, что на свойства плутония сильное влияние оказывают дефекты, возникающие вследствие эффектов радиоактивного самооблучения, при этом на настоящий момент времени остается актуальным создание моделей, которые бы должным образом позволяли количественно описывать влияние радиационных дефектов на свойства трансурановых металлов и сплавов на их основе. При этом представляет интерес теоретическое исследование и моделирование свойств 5-плутония, которое позволит осуществить оценку свойств «бездефектного» металла и на основе получаемых результатов судить о влиянии радиационных дефектов.
Развитие спин-флуктуационных моделей, учитывающих хаббардовские корреляции в системе £■ и б-электронов, а также обменное взаимодействие между электронами этих зон представляет существенный научный интерес, поскольку такие модели позволят объяснить наблюдаемые на эксперименте температурные зависимости электронных и магнитных свойств не только 5-плутония, но и других недостаточно изученных 5£ и 4£ систем. В частности, развитие б£-модели необходимо для выяснения природы сверхпроводимости в активно обсуждаемой группе соединений со структурой НоСоОа5(115) (в особенности, РнСоОа5).
Автор выносит на защиту следующие положения:
1. Спин-орбитальное взаимодействие, учитываемое в рамках метода ЬВА+И+ЗО для почти ферромагнитных Рб и Р1, приводит к уменьшению величины фактора обменного усиления магнитной восприимчивости их основного состояния, причем влияние спин-орбитального взаимодействия существенно усиливается при переходе от палладия к платине.
2. Обусловленное магнитным ангармонизмом расщепление электронного спектра флуктуирующими внутренними обменными полями в почти магнитных б-металлах приводит к формированию температурно- индуцированных локальных магнитных моментов, которые обеспечивают переход от паулиевской к кюри-вейссовской температурной зависимости спиновой магнитной восприимчивости этих металлов.
3. Необычные температурные зависимости магнитной восприимчивости 5-плутония объясняются большим (до 70%) орбитальным вкладом и спиновым вкладом, температурная зависимость которого обусловлена образованием температурно-индуцированных локальных магнитных моментов, возникающих вследствие проявления магнитного ангармонизма в 5-плутонии.
4. Вследствие расщепления электронного спектра 5-плутония флуктуирующими внутренними обменными полями, увеличивающегося с ростом температуры, орбитальный вклад в магнитную восприимчивость ö-плутония становится температурно-зависимым.
5. Спиновые флуктуации, возникающие в условиях магнитного ангармонизма, обуславливают повышенные значения и нелинейные температурные зависимости электронной теплоемкости почти магнитных металлов.
6. Существенное влияние на теплофизические и упругие свойства почти магнитных d- и f-металлов оказывают эффекты фононного ангармонизма.
7. Основным фактором, обуславливающим стабилизацию дельта фазы плутония относительно его альфа фазы, является увеличение решеточной энтропии при переходе от альфа к дельта фазе.
Апробация работы. Материалы диссертационного исследования докладывались на следующих конференциях:
1. X International conference «Condensed Matter and Materials Physics - CMMP10» (United Kingdom, University of Warwick, December 2010)
2. Хи XI Международных семинарах «Фундаментальные свойства плутония» (Саров, июль 2010 и Снежинск, сентябрь 2011)
3. Международной конференции «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» (г. Махачкала, ноябрь 2010)
4. V и VI Всероссийских научно-технических конференциях «Физические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, ноябрь 2009 и октябрь 2011)
Личный вклад автора
На всех этапах работы (литературный обзор, постановка задачи, получение и обсуждение результатов) автором внесен значимый вклад. Постановка задачи, обсуждение и интерпретация полученных результатов были проведены совместно с научным руководителем.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 7 статей в реферируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК РФ и в международные системы цитирования Scopus и ISI Web Of Science. Список работ диссертанта приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Она изложена на 168 страницах, включая 42 рисунка. Список цитируемой литературы содержит 122 наименования.
В диссертационной работе исследовалось влияние магнитного и фононного ангармонизмов на электронные, магнитные и тепловые свойства почти магнитных
б- и £-металлов, выражающееся в расщеплении электронных спектров во флуктуирующих обменных полях, образовании температурно-индуцированных локальных магнитных моментов и возникновении температурной зависимости упругих модулей и температуры Дебая. Среди конкретных результатов работы целесообразно выделить следующие:
1. Развита обобщенная б£-модель для почти магнитных £-металлов, в рамках которой модель Хаббарда используется для описания как £-, так и б- электронов, а также учитывается обменное взаимодействие между ними. На основе сформулированной б£-модели получена система уравнений, позволяющая выполнять расчет температурных зависимостей статической спиновой магнитной восприимчивости, амплитуды спиновых флуктуаций и плотности электронных состояний с учетом эффектов температурного перераспределения электронов между £ и б зонами.
2. На основе разработанной схемы, объединяющей «первопринципный» метод Ь(8)ЭА+и+8О (в рамках базиса FP-L/APW+l.o.) с обобщенными з(р)б- и з(р)б£-моделями Хаббарда, выполнены самосогласованные расчеты электронной структуры и температурных зависимостей магнитной восприимчивости почти магнитных б- и £-металлов, которые позволили объяснить экспериментальные данные по магнитной восприимчивости палладия, платины и б-плутония, а также определить параметр и внутриузельного хаббардовского отталкивания.
3. Показано, что в случае б-металлов учет спин-орбитального взаимодействия (СОВ) и хаббардовских корреляций при расчете основного состояния (в приближении Ь8ВА+и+8О) не приводит к качественному изменению электронной структуры, при этом влияние спин-орбитального взаимодействия увеличивается при переходе от палладия к платине. В случае же трансурановых £-металлов (разбавленных сплавов б-плутония) учет СОВ и хаббардовских корреляций имеет принципиальное значение при расчете электронной структуры их основного состояния.
4. Коэффициенты спиновой жесткости электронов почти магнитных металлов демонстрируют достаточно сильные нелинейные температурные зависимости, что является указанием на заметное температурное изменение магнитного ангармонизма этих металлов.
20
5. Магнитный (спиновый) ангармонизм почти магнитных металлов приводит к расщеплению их электронных спектров, которое увеличивается с ростом температуры.
6. Переход к кюри-подобной температурной зависимости магнитной восприимчивости ПММ обусловлен формированием температурно- индуцированных локальных магнитных моментов, возникающих вследствие магнитного ангармонизма.
7. Магнитный (спиновый) ангармонизм приводит к тому, что коэффициент электронной теплоемкости почти магнитных й- и 1-металлов в температурном интервале их существования претерпевает существенные изменения: в 2 раза для 5-плутония и примерно в 5 раз для палладия и платины.
8. Предложен новый способ определения термодинамических параметров, характеризующих решеточный ангармонизм, который позволяет более корректно определять коэффициент Пуассона и обобщенные параметры Грюнайзена.
9. На основе полученных значений для параметров решеточного ангармонизма и электронной теплоемкости палладия, платины и разбавленных сплавов 5-плутония объяснены экспериментальные данные по температурным зависимостям молярной теплоемкости этих ПММ в широком интервале температур.
10. Обнаружен достаточно большой электронный вклад в ОКТР почти магнитных металлов. При этом в случае палладия и платины электронный вклад положителен, а в случае 5-плутония - отрицателен.
11. Обнаружены достаточно большие значения параметра Грюнайзена, а также сильные температурные зависимости решеточной составляющей модуля всестороннего сжатия и параметра Грюнайзена исследуемых ПММ, что свидетельствует о существенном влиянии фононного ангармонизма на тепловые и упругие свойства ПММ.
12. При высоких температурах (Т>0,75Тм, где Тм - температура плавления) ангармонический вклад в теплоемкость ПММ становится сопоставим с вкладом электронной подсистемы, что указывает на важность учета ангармонических эффектов при описании теплофизических свойств ПММ в широком интервале температур.
13. Стабилизацию ö-фазы плутония относительно его a-фазы обуславливают, главным образом, значительно большая решеточная энтропия ö-фазы, а также возникающий в ö-фазе магнитный ангармонизм.
14. Показано, что при низких температурах решеточный ангармонизм проявляется сильнее в случае d-металлов (палладий и платина), однако для ö- плутония (f-металл) степень решеточного ангармонизма быстро увеличивается с ростом температуры и становится больше, чем в d-металлах при температурах, близких к области плавления.
Список
б- и £-металлов, выражающееся в расщеплении электронных спектров во флуктуирующих обменных полях, образовании температурно-индуцированных локальных магнитных моментов и возникновении температурной зависимости упругих модулей и температуры Дебая. Среди конкретных результатов работы целесообразно выделить следующие:
1. Развита обобщенная б£-модель для почти магнитных £-металлов, в рамках которой модель Хаббарда используется для описания как £-, так и б- электронов, а также учитывается обменное взаимодействие между ними. На основе сформулированной б£-модели получена система уравнений, позволяющая выполнять расчет температурных зависимостей статической спиновой магнитной восприимчивости, амплитуды спиновых флуктуаций и плотности электронных состояний с учетом эффектов температурного перераспределения электронов между £ и б зонами.
2. На основе разработанной схемы, объединяющей «первопринципный» метод Ь(8)ЭА+и+8О (в рамках базиса FP-L/APW+l.o.) с обобщенными з(р)б- и з(р)б£-моделями Хаббарда, выполнены самосогласованные расчеты электронной структуры и температурных зависимостей магнитной восприимчивости почти магнитных б- и £-металлов, которые позволили объяснить экспериментальные данные по магнитной восприимчивости палладия, платины и б-плутония, а также определить параметр и внутриузельного хаббардовского отталкивания.
3. Показано, что в случае б-металлов учет спин-орбитального взаимодействия (СОВ) и хаббардовских корреляций при расчете основного состояния (в приближении Ь8ВА+и+8О) не приводит к качественному изменению электронной структуры, при этом влияние спин-орбитального взаимодействия увеличивается при переходе от палладия к платине. В случае же трансурановых £-металлов (разбавленных сплавов б-плутония) учет СОВ и хаббардовских корреляций имеет принципиальное значение при расчете электронной структуры их основного состояния.
4. Коэффициенты спиновой жесткости электронов почти магнитных металлов демонстрируют достаточно сильные нелинейные температурные зависимости, что является указанием на заметное температурное изменение магнитного ангармонизма этих металлов.
20
5. Магнитный (спиновый) ангармонизм почти магнитных металлов приводит к расщеплению их электронных спектров, которое увеличивается с ростом температуры.
6. Переход к кюри-подобной температурной зависимости магнитной восприимчивости ПММ обусловлен формированием температурно- индуцированных локальных магнитных моментов, возникающих вследствие магнитного ангармонизма.
7. Магнитный (спиновый) ангармонизм приводит к тому, что коэффициент электронной теплоемкости почти магнитных й- и 1-металлов в температурном интервале их существования претерпевает существенные изменения: в 2 раза для 5-плутония и примерно в 5 раз для палладия и платины.
8. Предложен новый способ определения термодинамических параметров, характеризующих решеточный ангармонизм, который позволяет более корректно определять коэффициент Пуассона и обобщенные параметры Грюнайзена.
9. На основе полученных значений для параметров решеточного ангармонизма и электронной теплоемкости палладия, платины и разбавленных сплавов 5-плутония объяснены экспериментальные данные по температурным зависимостям молярной теплоемкости этих ПММ в широком интервале температур.
10. Обнаружен достаточно большой электронный вклад в ОКТР почти магнитных металлов. При этом в случае палладия и платины электронный вклад положителен, а в случае 5-плутония - отрицателен.
11. Обнаружены достаточно большие значения параметра Грюнайзена, а также сильные температурные зависимости решеточной составляющей модуля всестороннего сжатия и параметра Грюнайзена исследуемых ПММ, что свидетельствует о существенном влиянии фононного ангармонизма на тепловые и упругие свойства ПММ.
12. При высоких температурах (Т>0,75Тм, где Тм - температура плавления) ангармонический вклад в теплоемкость ПММ становится сопоставим с вкладом электронной подсистемы, что указывает на важность учета ангармонических эффектов при описании теплофизических свойств ПММ в широком интервале температур.
13. Стабилизацию ö-фазы плутония относительно его a-фазы обуславливают, главным образом, значительно большая решеточная энтропия ö-фазы, а также возникающий в ö-фазе магнитный ангармонизм.
14. Показано, что при низких температурах решеточный ангармонизм проявляется сильнее в случае d-металлов (палладий и платина), однако для ö- плутония (f-металл) степень решеточного ангармонизма быстро увеличивается с ростом температуры и становится больше, чем в d-металлах при температурах, близких к области плавления.
Список