Journal Archive

A mágneses tulajdonságok mindig a nem teljes belső elektronhéjak elektronjaihoz kapcsolódnak, amelyek a szilárd állapotban viszonylag lokalizált és atomi jellegűek maradnak – ellentétben a delokalizált vezetési elektronokkal, amelyek a szilárd anyag egészének tulajdonságává válnak. A lokalizált és a nem lokalizált helyzetek között azonban nincs teljesen egyértelmű határvonal. A jól lokalizált helyzetre a legjobb példát a ritkaföldfémek nem teljes f -elektronhéja szolgáltatja. A gadolíniumban az atomonkénti 7 f -elektron nem játszik szerepet a kötésben, és a fém szomszédos atomjainak f -elektronjai csak az atomonkénti három vezetési elektron közvetett csatolása miatt “tudnak egymásról”, amelyek mintegy meg tudják mondani az egyik atomnak a másik atom f -elektronjai által biztosított mágneses momentum irányát.

Az első átmeneti csoportba tartozó fémek (különösen a mangán, a vas, a kobalt és a nikkel) 3d elektronhéjai nem olyan jól lokalizáltak, mint a ritkaföldfémek f -elektronjai, és a tiszta fémekben a szomszédos atomok d -elektronjai között bizonyosan erős közvetlen kölcsönhatások vannak jelen. (Még mindig nem tudjuk, hogy ezek a közvetlen vagy a vezetési elektronokon keresztül közvetett kölcsönhatások dominálnak-e a vas, a kobalt és a nikkel ferromágnesességének biztosításában). A d -elektronok valamelyest lokalizáltabbá válnak egy átmeneti sorozat mentén haladva (Ti→Ni), de érezhetően kevésbé lokalizáltak az első átmeneti sorozatból a másodikból a harmadikba (Co →-Rh→-Ir), és az erős mágneses kölcsönhatások hiányoznak az ozmiumban, irídiumban és platinában, mert a szomszédos atomokon lévő 5d elektronok inkább vezetési elektronokként viselkednek, mint lokalizált elektronokként. A második átmeneti sorozat végén álló palládium nagyon közel mágnesesen rendezett anyag, és kis mennyiségű vas szilárd oldatban olyan ferromágneses momentumot hoz létre, amelyet nem mind a vasatomok biztosítanak.

Még erősebb hatások keletkeznek, ha kis mennyiségű vasat adunk azokhoz a palládium-ródium ötvözetekhez (~5 százalék ródium), ahol a F. munk. E. Hoare és mások a Leedsi Egyetemen kimutatták, hogy a ferromágnesességhez szükséges feltételek nagyon közel teljesülnek.

A közelmúltban nagy mennyiségű munkát végeztek a palládiumban vagy platinában oldott 3d sorozatú átmeneti fémek híg ötvözeteivel, nagyrészt a Bell Telephone Laboratoriesban. Az eredményeket összehasonlították a 4d sorozat korábbi tagjaiban lévő vas oldatainak mágneses viselkedésével, ahol a vas nem mindig hordoz mágneses momentumot. A niobiumban, ahol az elektronállapot-sűrűség nagy, az oldott vasatomoknak nincs momentuma; de a platina és a palládium nagy állapotsűrűsége nem akadályozza meg a vasatomokon a momentum megjelenését, feltehetően az oldószer d-elektronjainak lokálisabb jellege miatt.

Ha a mangánt, vasat vagy kobaltot egy nem átmeneti fémben (például aranyban) oldjuk, a d -elektronoknak nincs szomszédos d -elektronjuk, amellyel kölcsönhatásba léphetnének, és lokálisabbá válnak – vagyis inkább az f -elektronokhoz vagy a ritkaföldfémekhez hasonlóvá -, és érdekes hasonlóságok mutatkoznak a lantán-gadolínium* ötvözetek és az arany-vas vagy réz-mangán ötvözetek között, mivel mindháromban az egyetlen mágneses kölcsönhatás a vezetési elektronokon keresztül történik. Ebből a szempontból a platina, az irídium és a ródium talán egyszerű “nem mágneses” oldószereknek tekinthetők a vas számára, de a palládium minden bizonnyal más és bonyolultabb helyzetet ad. A jelen szerző legújabb munkái feltűnő hatásokat mutattak ki a vas híg palládiumban, platinában, ródiumban és irídiumban lévő híg oldatainak alacsony hőmérsékletű elektromos ellenállásában. Úgy tűnik, hogy ezek összefüggnek, de sokkal erősebbek, mint a fent említett arany-vas és réz-mangán ötvözetek által az elektromos ellenállásban mutatott jól ismert anomáliák.

A vascsoportba tartozó fémek koncentráltabb ötvözeteiben a szomszédos atomok kölcsönhatásai fontossá válnak, és néha a rendezetlen szerkezetekből rendezett szerkezetekbe való átmenetekkel feltűnő hatások hozhatók létre. Erre a FeAl és az Au3Mn szolgáltatnak példákat, de metallurgiai okokból, például a mérettényezők miatt a legkiterjedtebb szilárd oldatok, ahol a rendeződés lehetséges, a platinafémekkel alkotott ötvözetekben találhatók. Szemléletes példa erre a Pt3Fe ötvözet, amely tökéletesen rendezett esetben (nincs Fe-Fe legközelebbi szomszéd) antiferromágneses; de néhány extra vasatom, amely a platina helyeket foglalja el, a szomszédos anyag nagy részét ferromágneses állapotba alakítja át (1).

Vas-Ródium ötvözetek

A közelmúltban Pittsburghben tartott nyolcadik Mágnesesség és Mágneses Anyagok Konferencián bemutatott számos előadás foglalkozott a platinafémek és ötvözeteik mágneses tulajdonságainak különböző aspektusaival, amelyek a fentiekkel összefüggésben tárgyalhatók.

A vas-ródium ötvözetek mágneses tulajdonságainak a hőmérséklettel való feltűnő változása, amelyekben mindkét elem atomaránya egyenlő, már egy ideje ismert, és a körülbelül egy évvel ezelőttig rendelkezésre álló adatok rövid áttekintése ebben a folyóiratban tavaly januárban jelent meg (2). Ez a rendezett CsCl típusú ötvözet nulla külső térben ~360°K-nál antiferromágnesesből ferromágnesesre változik, 120 000 gauss-os térben azonban ~220°K-nál.

Most Flippen és Darnell a du Pont-tól (3) tárgyalta ennek a mezőfüggésnek a termodinamikáját; míg Shirane, Chen és Flinn a Westinghouse-tól a Brookhaven-i Nathans-szal együtt (4) publikálta a vasatom magja által látott mágneses tér és a “helyes” és “helytelen” helyzetben lévő vasatomok közötti különbségek Mossbauer-vizsgálatainak eredményeit.

Kouvel és munkatársai a General Electric schenectady-i laboratóriumában, akik átalakulási vizsgálatokat végeztek a vas-ródium ötvözeten, most áttértek annak vizsgálatára, hogy az izomorf MnRh (5) esetében is hasonló viselkedést találhatunk-e.

Martenzites átalakulás (hiszterézissel) történik a magas hőmérsékleten rendezett CsCl szerkezetből alacsony hőmérsékleten CuAu szerkezetbe. A magas hőmérsékletű forma paramágneses (alacsony hőmérsékleten valószínűleg antiferromágnesessé válna), az alacsony hőmérsékletű forma pedig erősen antiferromágneses. A változás tehát a sűrűség és az ellenállás változását eredményezi, de ezek nem élesek, mivel úgy tűnik, hogy a martenzit átalakulás kezdete és vége között meglehetősen széles tartomány van. Ezzel kapcsolatban valószínűleg érdekes lenne a rokon FeRh, Mnlr, MnNi fázisok viselkedésének és más átmeneti fémek helyettesítésének hatásainak áttekintése.

Platina ötvözetek

A platina kis mennyiségű mangánt, vasat, kobaltot és nikkelt tartalmazó ötvözeteit Bozorth, Davis és Wernick a Bell Laboratories munkatársai 1961-ben a Nemzetközi Mágnesességi Konferencián ismertették, és összehasonlították hasonló palládium alapú ötvözetekkel (6).

A platinaötvözetek esetében a hatások sokkal gyengébbek (a legmagasabb Curie-hőmérséklet egy 1 százalékos ötvözet (Co vagy Fe) esetében ~I7°K, szemben a Pd-Co 1 százalékos 80°K-jával, és a platinaatomokon keletkező mágneses momentum nagysága nagyon sokkal kisebb, mint a palládiumatomokon keletkező mágneses momentum. Világos, hogy még ha a vas d -elektronjai platinában oldva lokalizáltnak is tekinthetők (mint a gadolínium f -elektronjai lantánban oldva), a köztük lévő kölcsönhatás (a közvetett kölcsönhatás a vezetési elektronokon keresztül) erőssége nagyon sokkal erősebb, mint a nem átmeneti oldószerekben, mert a platina vezetési elektronjai maguk is sok d -jelleggel rendelkeznek.

Egy másik, a Pittsburghi Konferenciára készített tanulmányban Pickart és Nathans (7) mangán-platina és króm-platina ötvözeteken végzett neutrondiffrakciós vizsgálatokról számolt be. Mindkettő Cu3Au szerkezetű, és úgy tűnik, hogy a platinaatomokon van némi mágneses momentum, de a Pt3Cr-ban ez ellentétes irányú, mint a krómatomok tízszer nagyobb momentuma.

Vas-palládium és gadolínium-palládium ötvözetek

A kis mennyiségű vasat tartalmazó vas-palládium ötvözeteket Cable és munkatársai Oak Ridge-ben (8) szintén neutron diffrakcióval vizsgálták. A vasatomok mágneses nyomatékát 3,0 elektronspinnel egyenértékűnek találták (szemben a tiszta vas 2,22-vel). A 3 százalékos vasötvözetben a palládiumatomokon 0,15 egységnyi mágneses nyomaték van. Ezt úgy számoltuk ki, hogy feltételeztük, hogy minden palládiumatom hasonló nyomatékkal rendelkezik. Más bizonyítékok azonban arra utalnak, hogy a nagyon híg ötvözeteknél egészen 1 százalék vasig csak a vasatom melletti palládiumatomoknak van nyomatéka, és ez ~0,5 egység.

A kis mennyiségű gadolíniumot tartalmazó gadolínium-palládium ötvözeteket a Bell Laboratories munkatársai széles körben tanulmányozták az elektronparamágneses rezonancia technikájával. Ennek a rezonanciának a mágneses mezeje jelentősen eltér a gadolíniuméhoz képest a nem átmeneti fémeket tartalmazó ötvözetekben, így bár a mágneses tulajdonságokat a gadolínium 7 lokalizált 4f -elektronja uralja, a palládium közel mágneses jellege kissé módosítja a dolgokat, bár kevésbé erősen, mint a palládium-vas esetében. Ezt most úgy mutatták ki (9), hogy a gadolíniumot tartalmazó palládiumhoz hidrogént adtak, és ezáltal a palládium d -elektronos állapotait plusz elektronokkal töltötték fel. Ennek hatására a gadolínium úgy viselkedik, mint nem fémes helyzetekben vagy egyszerű fémek oldatában. Ugyanezt a hatást egyébként ezüst hozzáadásával is elő lehet idézni a gadolíniumot tartalmazó palládiumhoz. (A gadolínium az ozmium és a ruténium fémekkel GdOs2 és GdRu2 gyengén ferromágneses intermetallikus vegyületeket alkot, de a GdAl2-hez hasonló tulajdonságok arra utalnak, hogy az ozmium és a ruténium átmeneti fém jellege kevésbé fontos, mint a palládiumé a fenti ötvözetekben).

Leave a Reply

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.