Аналіз дослідження ролі кристалічної матриці у формуванні низькотемпературних властивостей нових складних кондо-систем, що містять магнітоактивні підгратки перехідних 3d-елементів: умови, методи синтезу таких сполук, способи контролю фазового складу.
Аннотация к работе
За останні десятиріччя у фізиці твердого тіла сформувався окремий напрям досліджень нового класу інтерметалічних сполук з ефектами сильних міжелектронних кореляцій, відомий під назвами "важкі ферміони", "гратки Кондо" та "системи з валентною нестабільністю". Дослідження явищ цього класу матеріалів, що містять деякі рідкісноземельні (Се,Eu,Yb) або актинідні (U,Np) елементи, полягає, головним чином, у вивченні взаємодії частково заповнених локалізованих f-станів між собою та зонними станами кристалічної матриці. Виконання роботи передбачало: - систематичні дослідження явищ переносу та магнітних властивостей сполук системи R-M-X (R=Ce,Yb та "реперні" елементи La,Y); M - перехідні 3d-менти групи заліза; Х - р-елементи ІІІ-ї групи) та твердих розчинів на їх основі; Вперше проведені систематичні дослідження низькотемпературних магнітних та електричних властивостей граток Кондо типу RMNXM, які характеризуються наявністю широкого спектру значень ступеня змішування локалізованих станів з зонними (стани Се(Yb) - магнітний, кондівський, проміжної валентності), утворенням низькорозмірних підграток кондівських f-центрів та формуванням ефективних ЛММ в підгратках з М-елементів, що виступають складовими кристалічної матриці. Параметри цього піку (ширина та розташування відносно рівня EF) для систем з помірною зарядовою нестабільністю f-станів Се (nf (T®®0) ”» 0,85...0,95) суттєво залежать від температури.Виявлено, що ступінь зарядової нестабільністі Се {відхилення заселеності f-станів від цілочисельної (nf<1.0), високі значення характеристичної температури (ТК ~ 102 ее 103 К)} в сполуках CEMNXM визначається переважно електронною конфігурацією М-елемента та його процентним вмістом. При цьому, в залежності від співвідношення між вмістом М-та Х-компонент в сполуці і вихідної заселеності 3d-оболонки М-елемента, може реалізуватися магнітний або немагнітний стан М-підгратки. Показано, що особливо різка та температурно-стабільна тонка структура в густині станів біля рівня Фермі зумовлена співпадінням температури Кондо-домішки для орбітально виродженого 4f-стану Се (ТКНТ) з енергією 1-го збуреного кристалічним полем f-підрівня (DDCF1) при нехтуюче малому розсіюванні носіїв заряду з переворотом спіна внаслідок переходів на 2-й f-підрівень (DDCF2), причому виконується співвідношення TKLT << DDCF1 ”» TKHT << DCF2. Відсутність помітного екранування локалізованого магнітного моменту основного стану Се3 , поява магнітного порядку в Се-підгратці та нефермі-рідинна поведінка електроопору і магнітної сприйнятливості при температурах Т<TKLT свідчить про більш складний механізм формування основного стану граток Кондо ніж це передбачається фазовою діаграмою Доніаха. Виявлено, що в сполуках типу CEFE2X8 (X=Al,Ga) з квазіодномірними (Fe) та кондівськими (Се) підгратками має місце адитивний прояв на коефіцієнтах переносу ефектів взаємодії прифермієвських зонних станів із зарядово нестабільними 4f-станами та магнітною підграткою з переходом "порядок-безпорядок".
План
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Вывод
1. Вперше проведені систематичні дослідження електричних та магнітних властивостей сполук системи R-M-X (R=Ce,Yb; M=Fe,Co,Ni; X=Al,Ga,In), що дало можливість більш глибоко зрозуміти механізм впливу магнітоактивної кристалічної матриці на формування кондівських станів R-підгратки.
2. Виявлено, що ступінь зарядової нестабільністі Се {відхилення заселеності f-станів від цілочисельної (nf<1.0), високі значення характеристичної температури (ТК ~ 102 ее 103 К)} в сполуках CEMNXM визначається переважно електронною конфігурацією М-елемента та його процентним вмістом. При цьому, в залежності від співвідношення між вмістом М- та Х- компонент в сполуці і вихідної заселеності 3d-оболонки М-елемента, може реалізуватися магнітний або немагнітний стан М-підгратки.
3. Вивчені особливості формування електронних станів Се та Yb в однакових кристалічних матрицях типу RMNXM. Показано, що граничні випадки змішування флуктуюючих конфігурацій (режими насиченої валентності Се та резонансу конфігурацій Yb2 “«Yb3 ) суттєво відрізняються від проміжного характеру змішування при розгляді їх впливу на коефіцієнти електропереносу та магнітні властивості.
4. Знайдені основні характеристичні параметри нової гратки Кондо CENIGA2 з сильним орбітальним виродженням. Показано, що особливо різка та температурно-стабільна тонка структура в густині станів біля рівня Фермі зумовлена співпадінням температури Кондо-домішки для орбітально виродженого 4f-стану Се (ТКНТ) з енергією 1-го збуреного кристалічним полем f-підрівня (DDCF1) при нехтуюче малому розсіюванні носіїв заряду з переворотом спіна внаслідок переходів на 2-й f-підрівень (DDCF2), причому виконується співвідношення TKLT << DDCF1 ”» TKHT << DCF2.
5. Вперше досліджено особливості утворення основного стану низькорозмірних магнітних граток Кондо СЕСО2Х8 та СЕМХ4 (М=Со,Ni; X=Al,Ga). Відсутність помітного екранування локалізованого магнітного моменту основного стану Се3 , поява магнітного порядку в Се-підгратці та нефермі-рідинна поведінка електроопору і магнітної сприйнятливості при температурах Т<TKLT свідчить про більш складний механізм формування основного стану граток Кондо ніж це передбачається фазовою діаграмою Доніаха.
6. На прикладі сполук СЕСОХ (Х=Al,Ga) показано, що взаємодія магнітоактивної підгратки Со з підграткою Се може привести до повного розмиття кореляційної тонкої структури біля рівня Фермі, викликаної валентною нестабільністю Се. Цевказує на те, що в режимі валентної нестабільності збурення прифермієвських станів зони провідності зумовлене переважно спіновими флуктуаціями на f-центрах.
7. Виявлено, що в сполуках типу CEFE2X8 (X=Al,Ga) з квазіодномірними (Fe) та кондівськими (Се) підгратками має місце адитивний прояв на коефіцієнтах переносу ефектів взаємодії прифермієвських зонних станів із зарядово нестабільними 4f-станами та магнітною підграткою з переходом "порядок-безпорядок". Відсутність ефекту "замороження" спінових флуктуацій, як це має місце в сполуках типу СЕСОХ, пояснюється структурними особливостями кристалічної матриці.
8. Показано, що прифермієвську область енергетичного спектру для більшості Кондо-граток типу RMNXM можна модельно представити двозонною схемою з вузьким температурно-незалежним піком густини станів лоренцівської форми. Суттєва температурна залежність параметрів такого піку спостерігається тільки в режимі помірної зарядової нестабільності Се {nf (T®®0) ”» 0.8...0.9, 102<TK<103К}, що пояснюється впливом на обмінну s(d)-f-взаємодію коливань гратки.
9. Виявлена принципова можливість використання явища валентної нестабільності Се та Yb при одержанні матеріалів з оптимальними резистивними та термоелектричними характеристиками.
список опублікованих праць за темою дисертації
1. Котерлин М.Д., Бабич О.И., Морохивский Б.С., Лень Г.Я., Луцив Р.В., Гринь Ю.Н. Особенности влияния валентно-нестабильного состояния церия на термо-э.д.с. систем Се(NIXCO1-Х)2, Се(GAYNI1-Y)5 // ФТТ.- 1987.-Т.29, N3.- С.943-946.
2. Котерлин М.Д., Бабич О.И., Морохивский Б.С., Конык М.Б., Луцив Р.В. Фермиевские возбуждения зоны проводимости в соединениях типа CENIX с промежуточной валентностью церия //ФТТ.-1988.-Т.30, N5.-С.1512-1515.
3. Котерлин М.Д., Морохівський Б.С., Гринь Ю.М., Січевич О.М. Нові Кондо-гратки церію в сполуках системи Се-Ni(Со)-Ga(Al) // Доп. АН УРСР. А.-1988.-N11.-С.70-73.
4. Сичевич О.М., Гринь Ю.М., Ярмолюк Я.П., Котерлин М.Д., Морохивский Б.С. Кристаллическая структура и электрические свойства соединений RCOGA4 (R=Ce,Pr,Nd) // Металлофизика.- 1988.-Т.10, N3.-С.116-117.
5. Котерлин М.Д., Морохивский Б.С., Гринь Ю.Н. Новая Кондо-решетка CENIGA2 с сильным орбитальным вырождением // ФТТ.- 1988.-Т.30, N3.- С.893-894.
6. Котерлин М.Д., Морохивский Б.С., Лапунова Р.В., Сичевич О.М. Новые Кондо-решетки типа CEM2X8 (M=Fe,Co; X=Al,Ga) // ФТТ.-1989.-Т.31, N10.- С.297-299.
7. Левин Е.М., Морохивский Б.С. Состояния промежуточной валентности и Кондо-системы церия в кристаллах CEMN2X2 с магнитным порядком // ФТТ.-1990.-Т.32, N1.-C. 116-121.
8. Котерлин М.Д., Морохівський Б.С., Щерба І.Д., Каличак Я.М., Луців Р.В. Особливості міжелекронних кореляцій в металічних системах з валентно нестабільним ітербієм // Доп. АН УРСР.-1991.-N5.- С.65-67.
9. Котерлин М.Д., Морохивский Б.С., Сыса Л.В., Бабич Н.Г., Захаренко Н.И., Калычак Я.М. Особенности электронного фазового перехода с изменением валентности Yb в YBINCU4 //ФТТ.-1992.-Т.34, N9.-С.2940-2942.
10. Котерлин М.Д., Морохівський Б.С., Щерба І.Д., Герман Н.В. Електронні стани Се та Yb i явища переносу в сполуках типу RM4Al8 (М=Mn, Fe, Cu) //УФЖ.-1993.-Т.38, N2.-С.262-267.
11. Котерлин М.Д., Морохивский Б.С., Бабич Н.Г., Захаренко Н.И., Кушнир А.П., Кутянский Р.Р. О сосуществовании магнитных и кондовских подрешеток в соединениях СЕМХ (М=Co,Ni; X=Al,Ga) // ФТТ.-1994.-Т.36, N3.-С.842-845.
16. Котерлин М.Д., Морохивский Б.С., Кутянский Р.Р., Щерба И.Д., Калычак Я.М. Электрические и магнитные свойства CEN4In с ненасыщенной валентностью Се //ФТТ.-1998.-Т.41, N11.С.1918-1921.
17. Котерлин М.Д., Морохивский Б.С., Щерба И.Д., Калычак Я.М. Особенности транспортных и магнитных свойств соединений YBNI4In и YBNIIN4 с валентно неустойчивым Yb // ФТТ.-1999.-Т.41, N 11.-С.1918-1921.
18. Koterlyn M.D., Morokhivski B.S., Shcherba I.D., Zivkovic L.J., Lutsiv R.V. New Ce Kondo lattices in compounds of the system Ce-Ni(Co)-Ga(Al) // J.Serb. Chem. Soc.-1991.-V.56, N12.-P.733-737.
19. Бабич О.И., Котерлин М.Д., Луцив Р.В., Морохивский Б.С., Ясницкий Р.И. Резистивный сплав на основе никеля / Авт. свид. СССР N1431351 от 29.10.86.
20. Бабич О.И., Гринь Ю.Н., Котерлин М.Д., Луцив Р.В., Морохивский Б.С., Ясницкий Р.И. Сплав на основе галлия /Авт. свид. СССР N1535051 от 08.09.89.
21. Котерлин М.Д., Бабич О.И., Морохивский Б.С. Николаев Л.И., ЮЩЕНКОА.В. Устойчивость спектра фермиевских возбуждений зоны проводимости соединений типа СЕМХ c промежуточной валентностью церия. -К.-1987.-29 с. (Препр. / АН СССР. Ин-т металлофизики).
22. Koterlyn M., Morokhivskyi B., Kutjanskyi R. Effects of co existens of magnetic (M) and Kondo (Ce) sublattices in CEMX and CEM2X8 (M=Fe,Co,Ni; X=Al,Ga) compounds /Internat. Conf. on Magn. Abstr. Warsaw. 1994.-P.
23. M. Koterlyn, B. Morokhivskyi, R. Kutjanskyi Magnetic origin of state density peculiareties near the Fermi level in Ce compounds // European Magnetic Materials and Applications Conference, Abstr. Wien Austria, September, 1995.-P.370.
24. Koterlyn M.D., Morokhivski B.S., Babych N.G., Grin Yu.M. New dence-kondo compounds CEM2X8 (M=Fe,Co; X=Al,Ga) with magnetic M-sublattice //Internat. conf. on the physics of transition metals. Germany, Darmstadt, 1992, С.16.