Температурные зависимости теплоёмкости тетраборидов редкоземельных элементов в интервале 2-300 К

• Автор: Морозов, Антон Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СВОЙСТВА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ТЕТРАБОРИДОВ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Особенности структуры соединений ЯВ

1.2. Термодинамические свойства тетраборидов РЗМ

1.3. Электронные и электрические свойства РЗ-тетраборидов

1.4. Магнитные свойства тетраборидов РЗМ

1.5. Температурные изменения параметров решетки 11В

1.6. Выводы
ГЛАВА 2. СИНТЕЗ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
2.1. Диаграммы состояния и характер плавления фаз
2.2. Синтез и идентификация образцов М
2.3. Экспериментальное оборудование для исследования теплоемкости твердых тел при низких температурах
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ СОЕДИНЕНИЙ ДВ4 В ИНТЕРВАЛЕ 2-300 К
3.1. Температурные зависимости теплоёмкости тетраборидов РЗМ при температурах 2-300 К
3.2. Характеристические термодинамические функции (энтальпия, энтропия, энергия Гиббса) тетраборидов РЗМ в интервале 2-300 К
3.3. Выводы

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННОЙ, ФОНОННОЙ, МАГНИТНОЙ
ПОДСИСТЕМ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ТЕТРАБОРИДОВ ПО ДАННЫМ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Вклады электронной и фононной подсистем в теплоёмкость тетраборида лютеция
4.2 Расчёт моментов фононных спектров тетраборидов редкоземельных элементов на примере ЬиВ
4.3 Магнитная составляющая теплоемкости тетраборидов РЗЭ. Вклад Шоттки
4.4 Характеристики магнитной подсистемы тетраборидов РЗЭ..
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение
Тетрабориды редкоземельных элементов (РЗЭ) представляют собой соединения типа КВ4, где Я - редкоземельный металл (РЗМ). Все РЗ-элементы, за исключением Ей и Рт, в соединении с бором образуют тетрабориды [1].
Тетрабориды редкоземельных металлов - это изоструктурные соединения с кристаллической решеткой типа 1Л34, которая впервые была установлена Андрие [2]. Для подрешётки бора тетраборидов характерно сочетание элементов структур диборидов (цепочечные образования атомов бора) и гексаборидов (октаэдры атомов бора). Высокие значения энергии связи в борной подрешетке тетраборидов определяют высокие значения их твердости, температур плавления, характеристических температур. Значительно более массивные и относительно более слабо связанные между собой атомы металла, расположенные в решетке над семиугольными кольцами атомов бора, обусловливают специфические электронные и магнитные свойства РЗ-тетраборидов. Большое разнообразие физических, физико-химических свойств, экстремальные значения ряда
характеристик делают тетрабориды РЗЭ перспективными для использования в приборостроении, электронной технике, металлургии и т.п.
Степень разработанности темы исследования. Тетрабориды
редкоземельных металлов синтезированы достаточно давно. Изучению
физических свойств тетраборидов РЗЭ посвящено значительное количество работ. Однако особое внимание уделялось исследованию магнитных фазовых переходов, обнаруженных у большинства РЗ-тетраборидов при низких температурах. Поэтому большинство публикаций посвящено анализу результатов исследования свойств магнитной подсистемы тетраборидов. В значительно меньшей степени до последнего времени были исследованы особенности электронной, решеточной подсистем ЛВ4, несмотря на очевидную важность таких работ.
Указанный пробел в исследованиях тетраборидов редкоземельных элементов обусловливает актуальность проведения комплексного исследования их термодинамических свойств в низкотемпературной области. Исследование температурных зависимостей теплоёмкости РЗ-тетраборидов в широкой области

отчетливо наблюдаются магнитные переходы при температурах 44 К и 23 К, которые подтверждается измерениями температурной зависимости удельного электросопротивления. Авторами отмечается, что переход при 23 К вызван квадрупольными орбитальными колебаниями и подавляется приложенным внешним магнитным полем, а переход при 44 К при этом остается неизменным.

Магнитным свойствам тетраборида диспрозия посвящены работы [12, 18, 32, 41, 50, 53, 60, 61, 67]. Исследования магнитных свойств БуВ4 показали, что упорядочение в системе магнитных моментов ионов Бу3+ имеет антиферромагнитный характер. Два магнитных фазовых перехода второго рода были обнаружены при 20.4 К и 12.8 К. Выявленная магнитная структура является простым коллинеарным антиферромагнетиком с последовательностью (++--) для четырех атомов Бу в тетрагональной ячейке. Магнитные моменты ориентированы параллельно оси (001) [60]. Температурная зависимость обратной
восприимчивости БуВ4 подчиняется закону Кюри-Вейса до температур ~20 К [50].
Наиболее полное исследование БуВ4 было проведено в работе [32]. Авторы измеряли магнитную восприимчивость в интервале 1.8-300 К (рисунок 1.12), теплоемкость в интервале 2-70 К, а также проводили ультразвуковые измерения.
ТетрегаШге (К)
Рисунок 1.12 - Магнитная восприимчивость /(Т) БуВ4. На вставке рисунка: обратная магнитная восприимчивость [32]
По данным этого исследования наблюдаются последовательные фазовые переходы при 7^1=20.3 К и Гда=12.7 К. Эти переходы характеризуются магнитным