Journal Archive

Dobrze zaznaczone właściwości magnetyczne są zawsze związane z elektronami w niepełnych wewnętrznych powłokach elektronowych, które zachowują stosunkowo zlokalizowany i atomowy charakter w stanie stałym – w przeciwieństwie do zdelokalizowanych elektronów przewodnictwa, które stają się właściwością ciała stałego jako całości. Nie ma jednak absolutnie jednoznacznego podziału na sytuacje zlokalizowane i niezlokalizowane. Najlepszym przykładem dobrze zlokalizowanej sytuacji są niekompletne powłoki f -elektronowe metali ziem rzadkich. W gadolinie 7f -elektronów na atomie nie odgrywa żadnej roli w wiązaniu, a f -elektrony na sąsiednich atomach metalu są tylko „świadome siebie nawzajem” z powodu pośredniego sprzężenia poprzez trzy elektrony przewodnictwa na atom, które mogą, jak gdyby, powiedzieć jednemu atomowi o orientacji momentu magnetycznego dostarczonego przez f -elektrony na innym atomie.

Powłoki elektronowe 3d pierwszych metali grupy przejściowej (szczególnie manganu, żelaza, kobaltu i niklu) nie są tak dobrze zlokalizowane jak f -elektrony ziem rzadkich, a w czystych metalach silne bezpośrednie oddziaływania pomiędzy d -elektronami na sąsiednich atomach są z pewnością obecne. (Nadal nie wiemy, czy te bezpośrednie oddziaływania lub pośrednie poprzez elektrony przewodnictwa są dominujące w zapewnieniu ferromagnetyzmu żelaza, kobaltu i niklu). Elektrony d stają się nieco bardziej zlokalizowane przy przechodzeniu wzdłuż serii przejściowej (Ti→Ni), ale znacznie mniej zlokalizowane przy przechodzeniu od pierwszej do drugiej do trzeciej serii przejściowej (Co →-Rh→-Ir), a silne oddziaływania magnetyczne są nieobecne w osmie, irydzie i platynie, ponieważ elektrony 5d na sąsiednich atomach zachowują się bardziej jak elektrony przewodnictwa niż jak elektrony zlokalizowane. Pallad, na końcu drugiego szeregu przejściowego, jest bardzo prawie magnetycznie uporządkowany materiał, a małe ilości żelaza w roztworze stałym produkować moment ferromagnetyczny, który nie jest wszystko dostarczone przez atomy iron.

Jeszcze silniejsze efekty są produkowane, gdy małe ilości żelaza są dodawane do tych stopów pallad-rhodium (~5 procent rod), gdzie praca F. E. Hoare i inni na Uniwersytecie w Leeds wykazały, że warunki wymagane dla ferromagnetyzmu są bardzo prawie spełnione.

Duża ilość pracy została przeprowadzona niedawno na rozcieńczonych stopów metali przejściowych serii 3d rozpuszczonych w pallad lub platyna, wiele z nich w Bell Telephone Laboratories. Wyniki zostały porównane z magnetycznego zachowania roztworów żelaza we wcześniejszych członków serii 4d, gdzie żelazo nie zawsze niesie moment magnetyczny. W niobu, gdzie elektronowa gęstość stanów jest wysoki rozpuszczone atomy żelaza nie mają moment, ale wysoka gęstość stanów w platyny i palladu nie zapobiega pojawieniu się moment na atomy żelaza, prawdopodobnie ze względu na bardziej zlokalizowany charakter d-elektronów rozpuszczalnika.

Jeśli mangan, żelazo lub kobalt jest rozpuszczony w metalu nie przejściowego (na przykład złoto) d -elektronów nie ma sąsiednich d -elektronów do interakcji i stają się bardziej zlokalizowane – to znaczy, bardziej jak f -elektronów lub metali ziem rzadkich – i istnieją interesujące podobieństwa między lantanu -gadolinu* stopy i złoto-żelazo lub miedź-mangan stopów, ponieważ we wszystkich trzech jedynych oddziaływań magnetycznych są za pośrednictwem elektronów przewodnictwa. Z tego punktu widzenia platyna, iryd i rod mogą być traktowane jako proste „niemagnetyczne” rozpuszczalniki dla żelaza, ale pallad z pewnością daje inną i bardziej skomplikowaną sytuację. Ostatnie prace obecnego autora ujawniły uderzające efekty w niskiej temperaturze oporu elektrycznego rozcieńczonych roztworów żelaza w pallad, platyna, rod i iryd. Te wydają się być związane, ale znacznie silniejsze niż, dobrze znane anomalie w oporze elektrycznym wykazane przez wyżej wymienionych stopów złota i żelaza i miedzi i manganu.

W bardziej stężonych stopów metali grupy żelaza sąsiednich atomów interakcje stają się ważne, a uderzające efekty mogą być czasami produkowane przez przejścia z nieuporządkowanych struktur do uporządkowanych struktur. FeAl i Au3Mn dostarczają przykładów, ale z powodów metalurgicznych, takich jak czynniki wielkości, najbardziej rozległe roztwory stałe, gdzie uporządkowanie jest możliwe, są w stopach z metalami platynowymi. Uderzającym przykładem jest stop Pt3Fe, który jeśli jest doskonale uporządkowany (brak najbliższych sąsiadów Fe-Fe) jest antyferromagnetyczny; ale kilka dodatkowych atomów żelaza, które zajmują miejsca platyny przekształcają większość sąsiedniego materiału do stanu ferromagnetycznego (1).

Stopy żelaza z rodem

Liczba referatów przedstawionych na Eighth Conference on Magnetism and Magnetic Materials, która odbyła się ostatnio w Pittsburghu, dotyczyła różnych aspektów właściwości magnetycznych metali platynowych i ich stopów, które mogą być omówione w odniesieniu do punktów przedstawionych powyżej.

Uderzające zmiany temperatury we właściwościach magnetycznych w stopach żelaza i rodu zawierających równe procenty atomowe każdego elementu jest znany od pewnego czasu, a krótki przegląd danych dostępnych do około roku temu podano w tym czasopiśmie w styczniu ubiegłego roku (2). Ten uporządkowany stop typu CsCl zmienia się z antyferromagnetycznego na ferromagnetyczny w temperaturze ~360°K w zerowym polu zewnętrznym, ale w temperaturze ~220°K w polu 120 000 gaussów.

Teraz Flippen i Darnell z du Pont (3) omówili termodynamikę tej zależności od pola; podczas gdy Shirane, Chen i Flinn z Westinghouse, wraz z Nathans z Brookhaven (4) opublikowali wyniki badań Mossbauera pola magnetycznego widzianego przez jądro atomu żelaza i różnice dla atomów żelaza w „właściwych” i „niewłaściwych” pozycjach.

Kouvel i jego współpracownicy z laboratorium Schenectady w General Electric, którzy przeprowadzili badania transformacji stopu żelaza z rodem, przeszli teraz do zbadania możliwości analogicznego zachowania w jego izomorfie MnRh (5).

Występuje przemiana martenzytyczna (z histerezą) z wysokotemperaturowej uporządkowanej struktury CsCl do niskotemperaturowej struktury CuAu. Forma wysokotemperaturowa jest paramagnetyczna (prawdopodobnie stałaby się antyferromagnetyczna w niskich temperaturach), a forma niskotemperaturowa jest silnie antyferromagnetyczna. Zmiana powoduje zatem zmianę gęstości i rezystancji, ale nie są one ostre, ponieważ wydaje się, że istnieje dość szeroki zakres między początkiem i końcem przemiany martenzytycznej. W związku z tym badanie zachowania się pokrewnych faz FeRh, Mnlr, MnNi i skutki podstawienia do nich innych metali przejściowych byłoby prawdopodobnie interesujące.

Stopy platyny

Stopy platyny z niewielkimi ilościami manganu, żelaza, kobaltu i niklu zostały opisane przez Bozortha, Davisa i Wernicka z Bell Laboratories na Międzynarodową Konferencję Magnetyzmu w 1961 roku i zostały porównane z podobnymi stopami na bazie palladu (6).

Dla stopów platyny efekty są znacznie słabsze (najwyższa temperatura Curie dla 1 procent stopu (Co lub Fe) jest ~I7°K w porównaniu z 80°K dla Pd-Co 1 procent i wielkość momentu magnetycznego produkowanego na atomy platyny jest bardzo dużo mniej niż ten produkowany na atomy palladu. Jest oczywiste, że nawet jeśli d -elektronów żelaza można uznać za zlokalizowane, gdy jest rozpuszczony w platynie (jak f -elektronów gadolinu, gdy rozpuszczony w lantan), siła oddziaływania między nimi (pośrednie oddziaływanie poprzez elektrony przewodnictwa) jest bardzo dużo silniejsze niż w rozpuszczalnikach nie przejściowych, ponieważ elektrony przewodnictwa w platynie mają dużo d -charakterze siebie.

W innym artykule do Pittsburgh Conference Pickart i Nathans (7) zgłosiły badania dyfrakcji neutronów na manganu-platyny i chromu-platyny stopów. Oba mają strukturę Cu3Au i wydaje się, że istnieje pewien moment magnetyczny na atomach platyny, ale w Pt3Cr jest to w kierunku przeciwnym do dziesięciokrotnie większego momentu na atomach chromu.

Stopy żelazo-pallad i gadolin-pallad

Stopy żelazo-pallad z niewielką ilością żelaza były również badane metodą dyfrakcji neutronów przez Cable’a i jego współpracowników w Oak Ridge (8). Stwierdzono, że moment magnetyczny na atomach żelaza jest równoważny 3,0 spinom elektronowym (w porównaniu z 2,22 w czystym żelazie). Na atomach palladu w 3-procentowym stopie żelaza znajduje się moment 0,15 jednostki. Zostało to obliczone przy założeniu, że wszystkie atomy palladu mają podobne momenty. Istnieją jednak inne dowody sugerujące, że dla bardzo rozcieńczonych stopów do 1 procenta żelaza tylko atomy palladu obok atomu żelaza mają moment i że jest to ~0,5 jednostek.

Stopy kadolinu i palladu z niewielkimi ilościami gadolinu były intensywnie badane przez pracowników Bell Laboratories, przy użyciu technik elektronowego rezonansu paramagnetycznego. Pole magnetyczne dla tego rezonansu jest znacznie różni się od tego dla gadolinu w stopach z non-transition metali, tak, że chociaż właściwości magnetyczne są zdominowane przez 7 zlokalizowanych 4f -elektronów gadolinu prawie magnetyczny charakter pallad nie modyfikuje sprawy nieco, choć mniej silnie niż w pallad-żelazo. Zostało to obecnie wykazane (9) poprzez dodanie wodoru do palladu zawierającego gadolin, a tym samym wypełnienie dodatkowymi elektronami stanów d -elektronowych palladu. Efektem jest to, że gadolin zachowuje się tak jak w sytuacjach niemetalicznych lub w roztworze w prostych metali. Ten sam efekt jest produkowany, nawiasem mówiąc, przez dodanie srebra do palladu zawierającego gadolin. (Z metali osmu i rutenu gadolinu tworzy słabo ferromagnetycznych związków międzymetalicznych GdOs2 i GdRu2, ale podobieństwo właściwości do GdAl2 sugeruje, że charakter metalu przejściowego osmu i rutenu jest mniej ważne niż pallad w powyższych stopów).

.

Leave a Reply

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.