Оптические свойства магнитоконцентрированных соединений d- и f- элементов: роль узких электронных зон Ушаков, Владимир Андреевич

Введение к работе

Актуальность томи. Интсвес к оптическим свойствам магнитокоішентрировашшх соединений на основе /- и а-элементов носит устойчивый характер в последние 20 лет и висван богатством свойств этих систем, привлекательных в плане как фундаментальней так и прикладной проблематики физики магнитных явлений. К таким соединениям относятся, в частности, интерметаллические соединения і ДОС) редкоземельных элементов (FR3) и актинидов с переходными (Т) элементами Зй-ряда. В последние годы огромный интерес привлекают также оксидные соединения на основе меди, в которых реализуется как магнитный порядок, так и высокотемпературная сверхпроводимость.

Как показали проведенные ранее исследования магнитных свойств редкоземельных металлов і РЗМ)¹¹, а также результаты расчетов их электронного энергетического спектра ОЭС), значительная часть коллективизированных электронов в РЗМ имеет квази-СЕЯзанный 5сї-характер и занимает обширные слаоо диспергирующие участки энергетических зон. В этом смысле электронная структура РЗМ аналогична электронной структуре переходных металлов, ггоичем существенный интерес представляет одновременное наблюдение проявлений электронных состояний d-тюга в соединениях редкоземельных Ш и ї-элементов. Рассматриваемая система узкозонных металлов, сплавов и ИМС становится полной при включении в нее элементов актинидного ряда. Анализ Физических свойств и злектренней структуры актинидов указывает на олизкую аналогию картины зон 5/-типа актинидов и М-типа переходных металлов.

Яри взаимодействии с внешним электромагнитным полем узкозонные системы ведут сеоя как металлы, в области низких частот, и как системы квазилокальных оптических диполей²', на частотах, превышающих характерные частоты межузельныз перескоков³¹. Ссот-

і: Безносов А.В., Никольский Г.С. Электронные взаимодействия и клисталлическая решетка редкоземельных металлов //ФНТД976. Г.2. МО. С. 1336-1346.

2) Безносов А.Б., Гнезлилов В.ГГ., Евеменко В.В. Когевентное отражение света сплавами и ігатбшєталлическими соединениями редкоземельных металлов // ЖТФ.'ГЭаб, Т.5, N9.CI8G6-I3G7.

2! Безносов А.Б.. Гнездилов В.П.. Еременко В.В. Когевентное взаимодействие света с атомными дипольними моментами'в моно-квисталлическом гадолинии // ФНТ, 1984. Т.10, НО. C.9S4-9GS.

петственно, весьма существенным является вопрос о том, какая модель, коллективизированных или квазилокализованных состояний наиболее подходит для понимания происхождения тех или иных, оптических и магнитных свойств рассматриваемых систем. Детальное исследование оптических характеристик соединений /- и d-элементов, и их температурных зависимостей, дает основу для понимания природы основных физических свойств этих соединений.

Цель диссертационной работы- исследование методами оптической спектроскопии электронной энергетической структуры узкозонных проводящих соединений й- и /- элементов с различным характером дальнего порядка; выявление характера связи электронной структуры с оптическими и магнитными свойствами исследуемых систем и выяснение соответствия моделей почти свободных и квазилокальных.электронов полученным экспериментальным данным.

Защищаемые научные результаты и их новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие основные результаты:

1. Впервые в широких спектральном и температурном интервалах измерены спектры оптических функций соединений на основе магнитных d- и /- элементов, содержащих узкие электронные зоны различного происхождения: ЗЗ-типа -в ферримагнитных интермэтал-лидах Щ)Со_ъ, GdCo_x, ЕРе_г (R=Sm, Gd, Но,-Ег) и R_xPe„ (R=Nd, Sm, Gdi; 5/-типа - в тяжелофермионных соединениях UJPe, и У^2п₁₇; р'-типа - в "гаслородогдефищггных*' системах: высокотемпературном сверхпроводнике YBajPu-aO^ я оксидах меди Си_гО_х.

2. Обнаружены и исследованы:

1. - полоса оптического.поглощения в DyCo_s, исчезающая в точке магнитной компенсации^-;

2. - аномалии спектра а(Е) и температурной зависимости з(Е,Т) в точке Нееля GdCo₂;

3. - существенная зависимость спектров aiE) RFe_z и R^Fe^ от атомного номера РЗЭ;

4. - различия в температурном- поведении а(Е) в области внутри- и межзонных переходов в тяжелофермионных соединениях

3. Установлено родство спектров о(Е) Т8а_гСи₃0_{л а5} и Си_гО в
области 2<Е<4 эВ.

4. Обнаружено изменение структуры спектра ц\Е) YBa_zGu₃0_{a в5} 3 области 2<Е<5 эВ при изменении температуры "от 293 К до 6 К.

5. Обнаружены температурные, осцилляции а(2) .в YBa_xCu₃O_{a ю} и Си₂О_х (х~1), Си_гО и СгЮ. '.

6. Дана интерпретация спектрального и температурного' поведения оптических характеристик исследованных в работе соединений на основе модели квазилокальных оптических диполей. Установлено, что альтернативная модель почти свободных электронов и построенная на ее основе модель магнетизма, типа ЙШҐ' недостаточны для интерпретации свойств R-T ИМС.

7. Определены характеристики системы электронов, заполняющих широкие зоны з-типа в исследованных интерметаллидах.

8. Установлено, что 'в исследованных соединениях РЗЭ и урана с 3d- элементами происходит образование виртуальных валентных связей между /- и й- элементами, существенно отражающееся на оптических свойствах соединений.

Научная и практическая ценность работы заключается в том, что полученные в ней результаты указывают на новые особенности электронных состояний d- и /-типа в соединениях редкоземельных, актинидных и переходных элементов; на свойства системы валентных электронов в оксидных высокотемпературных сверхпроводниках. Результаты диссертации могут быть использованы в физике твердого тела и магнитных явлений, а также в прикладном плане - в материаловедении для нужд радиоэлектроники, приборостроения и других областей техники, для прогнозирования свойств новых соединений на основе d-. и /-элементов расчетным путем.

Апробация работы.- Результаты исследований, составляющих содержание диссертации, докладывались и обсуждались на IV Всеросийском координационном совещании педвузов по зизкке магнитных материалов (Иркутск, 1986.)-, III Всесоюзном симпозиуме "Сталий сплавы криогенной техники" (Батуми, 1986), V Международной конференции по валентным флуктуациям (Бангалор, 1987), Международной конференции по физике переходных металлов (Киев, 1988), Научном семинаре "Сверхпроводники с высокими температурами сверхпроводящего перехода (Донецк, 1988). II Всесоюзной школе

4) Вонсовский СВ. Магнетизм. М., "Наука", І97Т. С.574.

лс їлзіше xi химии рыхлых и слоистых кристаллических структур :Харьков, 1388), I Всесоюзном совещании по высокотемпературной сверхпроводимости (Харьков, 1988), 8-й Чехословацкой конференции по магнетизму (Кошице,' 1988), XVIII Всесоюзной конференции по Физике магнитных явлений (Калинин, 1988), II Всесоюзной конференции по высокотемпературной сверхпроводимости (Киев, 1989), V Всесоюзной конференции по кристаллохимии интерметаллических соединений (Львов, 1989), V Всероссийском координационном-совещании вузов по физике магнитных материалов (Астрахань, 1989), I Советско-западногерманском симпозиуме по внсокотемпературной сверхпроводимости (Харьков, 1989), I Всесоюзном совещании по проблемам диагностики материалов БТСП (Черноголовка, 1989).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы из 142 наименований, содержит 135 страниц текста, 9 таблиц и 79 рисунков. Общий объем диссертации составляет 222 страницы.