Arhiva revistei

Proprietățile magnetice bine marcate sunt asociate întotdeauna cu electronii din învelișurile interioare incomplete de electroni care își păstrează un caracter relativ localizat și atomic în stare solidă – spre deosebire de electronii de conducție delocalizați care devin o proprietate a solidului ca întreg. Cu toate acestea, nu există o separare absolut clară între situațiile localizate și cele nelocalizate. Cel mai bun exemplu de situație bine localizată este oferit de învelișurile incomplete de electroni f ale metalelor de pământuri rare. În cazul gadoliniului, cei 7 electroni f pe atom nu joacă niciun rol în legătură, iar electronii f de pe atomii vecini din metal sunt „conștienți unii de alții” doar datorită cuplării indirecte prin intermediul celor trei electroni de conducție pe atom, care pot, ca să spunem așa, să informeze un atom despre orientarea momentului magnetic furnizat de electronii f de pe un alt atom.

Învelișurile de electroni 3d ale metalelor din prima grupă de tranziție (în special mangan, fier, cobalt și nichel) nu sunt la fel de bine localizate ca și cele ale electronilor f ai pământurilor rare, iar în metalele pure există cu siguranță interacțiuni directe puternice între electronii d – de pe atomii vecini. (Încă nu știm dacă aceste interacțiuni directe sau cele indirecte prin intermediul electronilor de conducție sunt dominante în asigurarea feromagnetismului fierului, cobaltului și nichelului). Electronii d – devin ceva mai localizați la trecerea de-a lungul unei serii de tranziție (Ti→Ni), dar sensibil mai puțin localizați la trecerea de la prima la a doua și la a treia serie de tranziție (Co →-Rh→-Ir), iar interacțiunile magnetice puternice sunt absente în osmiu, iridiu și platină, deoarece electronii 5d de pe atomii vecini se comportă mai degrabă ca electroni de conducție decât ca electroni localizați. Paladiul, aflat la sfârșitul celei de-a doua serii de tranziție, este foarte aproape de a fi un material ordonat magnetic, iar cantități mici de fier în soluție solidă produc un moment feromagnetic care nu este asigurat în totalitate de atomii de fier.

Efecte și mai puternice sunt produse atunci când se adaugă cantități mici de fier la acele aliaje de paladiu-rodiu (~5 la sută rodiu) în care lucrările lui F. E. Hoare și alții de la Universitatea din Leeds au arătat că sunt foarte aproape satisfăcute condițiile necesare pentru feromagnetism.

În ultima vreme s-au efectuat numeroase lucrări asupra aliajelor diluate de metale de tranziție din seria 3d dizolvate în paladiu sau platină, o mare parte din ele la Bell Telephone Laboratories. Rezultatele au fost comparate cu comportamentul magnetic al soluțiilor de fier din membrii anteriori ai seriei 4d, unde fierul nu poartă întotdeauna un moment magnetic. În niobiu, unde densitatea electronică a stărilor este ridicată, atomii de fier dizolvați nu au niciun moment; dar densitatea ridicată a stărilor din platină și paladiu nu împiedică apariția unui moment pe atomii de fier, probabil din cauza caracterului mai localizat al electronilor d ai solventului.

Dacă manganul, fierul sau cobaltul sunt dizolvate într-un metal care nu este de tranziție (de exemplu aurul), electronii d nu au electroni d vecini cu care să interacționeze și devin mai localizați – adică mai asemănători cu electronii f sau cu metalele pământurilor rare – și există asemănări interesante între aliajele de lantan -gadoliniu* și aliajele de aur-fier sau cupru-mangan, deoarece în toate trei singurele interacțiuni magnetice sunt prin intermediul electronilor de conducție. Din acest punct de vedere, platina, iridiul și rodiul pot fi considerate poate ca simpli solvenți „nemagnetici” pentru fier, dar paladiul oferă cu siguranță o situație diferită și mai complicată. Lucrări recente ale autorului de față au scos la iveală efecte surprinzătoare asupra rezistenței electrice la temperaturi scăzute a soluțiilor diluate de fier în paladiu, platină, rodiu și iridiu. Acestea par a fi legate, dar mult mai puternice decât anomaliile bine-cunoscute ale rezistenței electrice prezentate de aliajele de aur-fier și cupru-manganez menționate mai sus.

În aliajele mai concentrate ale metalelor din grupa fierului interacțiunile atomilor vecini devin importante, iar efectele izbitoare pot fi uneori produse prin tranziții de la structuri dezordonate la structuri ordonate. FeAl și Au3Mn oferă exemple în acest sens, dar din motive metalurgice, cum ar fi factorii de mărime, cele mai extinse soluții solide în care este posibilă ordonarea sunt în aliajele cu metale platinice. Un exemplu izbitor este aliajul Pt3Fe, care, dacă este perfect ordonat (fără vecini apropiați Fe-Fe), este antiferomagnetic; dar câțiva atomi de fier în plus care ocupă situsuri de platină transformă o mare parte din materialul vecin într-o stare feromagnetică (1).

Alegeri fier-rodiu

O serie de lucrări prezentate la cea de-a opta conferință privind magnetismul și materialele magnetice, care a avut loc recent la Pittsburgh, au abordat diverse aspecte ale proprietăților magnetice ale metalelor de platină și ale aliajelor lor, care pot fi discutate în legătură cu punctele prezentate mai sus.

Schimbarea izbitoare cu temperatura a proprietăților magnetice în aliajele fier-rodiu care conțin procente atomice egale din fiecare element este cunoscută de ceva timp, iar o scurtă trecere în revistă a datelor disponibile până acum aproximativ un an a fost prezentată în această revistă în luna ianuarie a anului trecut (2). Acest aliaj ordonat de tip CsCl trece de la antiferomagnetic la feromagnetic la ~360°K în câmp extern zero, dar la ~220°K într-un câmp de 120.000 gauss.

Acum Flippen și Darnell de la du Pont (3) au discutat termodinamica acestei dependențe de câmp; în timp ce Shirane, Chen și Flinn de la Westinghouse, împreună cu Nathans de la Brookhaven (4) au publicat rezultatele studiilor Mossbauer ale câmpului magnetic văzut de nucleul unui atom de fier și diferențele pentru atomii de fier în poziții „corecte” și poziții „greșite”.

Kouvel și colaboratorii săi de la laboratorul din Schenectady al General Electric, care au efectuat studii de transformare asupra aliajului fier-rodiu, au trecut acum la investigarea posibilității de a găsi un comportament analog în izomorful său MnRh (5).

Există o transformare martensitică (cu histerezis) de la o structură ordonată de CsCl la temperatură înaltă la o structură de CuAu la temperatură joasă. Forma de temperatură înaltă este paramagnetică (ar deveni probabil antiferomagnetică la temperaturi joase), iar forma de temperatură joasă este puternic antiferomagnetică. Prin urmare, schimbarea produce o modificare a densității și a rezistenței, dar acestea nu sunt ascuțite, deoarece pare să existe un interval destul de extins între începutul și sfârșitul transformării martensitice. În acest sens, ar fi probabil interesantă o analiză a comportamentului fazelor înrudite FeRh, Mnlr, MnNi și a efectelor înlocuirii acestora cu alte metale de tranziție.

Alegeri de platină

Alegeri de platină cu cantități mici de mangan, fier, cobalt și nichel au fost descrise de Bozorth, Davis și Wernick de la Bell Laboratories la Conferința Internațională de Magnetism din 1961 și au fost comparate cu aliaje similare pe bază de paladiu (6).

Pentru aliajele de platină efectele sunt mult mai slabe (cea mai mare temperatură Curie pentru un aliaj de 1 la sută (Co sau Fe) este de ~I7°K față de 80°K pentru Pd-Co 1 la sută și mărimea momentului magnetic produs pe atomii de platină este foarte mult mai mică decât cea produsă pe atomii de paladiu. Este clar că, chiar dacă electronii d ai fierului pot fi considerați ca fiind localizați atunci când sunt dizolvați în platină (la fel ca și electronii f ai gadoliniului atunci când sunt dizolvați în lantan), puterea interacțiunii dintre ei (interacțiunea indirectă prin intermediul electronilor de conducție) este mult mai puternică decât în solvenții de netranziție, deoarece electronii de conducție din platină au ei înșiși o mulțime de caractere d .

Într-o altă lucrare la Conferința de la Pittsburgh Pickart și Nathans (7) au raportat studii de difracție neutronică asupra aliajelor mangan-platină și crom-platină. Ambele au structura Cu3Au și se pare că există un anumit moment magnetic pe atomii de platină, dar în Pt3Cr acesta este în direcția opusă momentului de zece ori mai mare de pe atomii de crom.

Alegeri de fier-paladiu și de gadoliniu-paladiu

Alegeri de fier-paladiu cu cantități mici de fier au fost, de asemenea, studiate prin difracție de neutroni de Cable și colegii săi de la Oak Ridge (8). S-a constatat că momentul magnetic pe atomii de fier este echivalent cu 3,0 spini de electroni (față de 2,22 în fierul pur). Există un moment de 0,15 unități pe atomii de paladiu din aliajul de 3 % fier. Această valoare a fost calculată presupunând că toți atomii de paladiu au momente similare. Cu toate acestea, există alte dovezi care sugerează că, pentru aliajele foarte diluate, până la 1 la sută fier, numai atomii de paladiu de lângă un atom de fier au un moment și că acesta este de ~0,5 unități.

Alegii de gadoliniu-paladiu cu cantități mici de gadoliniu au fost studiate pe scară largă de către lucrătorii de la Bell Laboratories, folosind tehnici de rezonanță paramagnetică electronică. Câmpul magnetic pentru această rezonanță este semnificativ diferit de cel pentru gadoliniu în aliajele cu metale care nu sunt de tranziție, astfel încât, deși proprietățile magnetice sunt dominate de cei 7 electroni 4f – localizați ai gadoliniului, caracterul aproape magnetic al paladiului modifică ușor lucrurile, deși mai puțin puternic decât în cazul paladinului-fier. Acest lucru a fost demonstrat acum (9) prin adăugarea de hidrogen la paladiu care conține gadoliniu și, astfel, prin umplerea cu electroni suplimentari a stărilor de electroni d din paladiu. Efectul este acela de a face ca gadoliniul să se comporte ca în situații nemetalice sau în soluție în metale simple. Același efect este produs, de altfel, prin adăugarea de argint la paladiu care conține gadoliniu. (Cu metalele osmiu și ruteniu, gadoliniul formează compuși intermetalici slab feromagnetici GdOs2 și GdRu2, dar similitudinea proprietăților cu GdAl2 sugerează că caracterul de metal de tranziție al osmiului și ruteniului este mai puțin important decât cel al paladiului în aliajele de mai sus).

.

Leave a Reply

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.