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 темп-рах становится антиферромагнитным (по разл. данным его темп-pa 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 темп-ры.

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

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.).

Лит.: 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.