Экспериментальные исследования сильнокоррелированных электронных систем на основе церия: CeNi и CeNiSn тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»

На правах рукописи УДК 538.955,538.915

Клементьев Евгений Станиславович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛЬНОКОРРЕЛИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЦЕРИЯ: Се№ и Се№Бп

01.04.07 — физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва—1995

Работа выполнена о Российском Научном Центре "Курчатовский институт"

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор И.П.Садиков

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Л.А.Максимов

Ведущая организация: Объединенный Институт Ядерных Исследований, г. Дубна

Специализированного Совета но ядерной физике и физике твердого тела ирм РИД "Курчатовский Институт" (123182, Москва, пл. И.В Курчатова, 1, т. 196-92-51)

С диссертацией можно ознакомиться в Ц11ТБ РНЦ "Курчатовский Институт"

кандидат физйко-математических наук А.П.Менушенков

Защита состоится

года на заседании

Ученый секретарь Специализированного Совета

к.ф.м.н. М.Д.Скорохватов

Актуальность темы. Физика сильнокоррелированных электронных систем (СКЭС) в настоящее время является одной из наиболее активно развивающихся областей физики твердого тела. Значительный интерес к исследованию СКЭС обусловлен несколькими обстоятельствами: Прежде всего это наличие необычных магнитных, термодинамических и кинетических свойств, понимание которых может позволить прояснить ряд фундаментальных проблем в физике твердого тела. А именно, вопросов о природе образования различных типов основного состояния, о фиу»«рол4ЫЛ лсялрлеиии локальных магнитных моментов в конденсированных средах, лшшгглсм упорядочении. о соотношении мМо^л-йС^ал^г^о и локализованного характера электронов в твердом теле, о конкуренции различных механизмов взаимодействий электронов. Кроме того, благодаря наличию аномальных свойств, СКЭС имеют перспективы технического применения, некоторые системы уже практически используются (например, как катализаторы в хим>гческях реакциях, как геттеры электронов, различные датчики и т.д.).

Специфические физические свойства СКЭС на основе редкоземельных (РЗ) элементов обусловлены наличием не полностью заполненных И электронных оболочек и взаимодействием -И электронов с электронами проводимости. Последнее взаимодействие (к-{ электронные корреляции), может привод!ггь к частичной делокализации электронов, так называемой валентной нестабильности [1а].

Среди СКЭС принято выделять два класса систем: промежуточно-валентные (ГШ) соединения и Кондо-системы (КС). Границы между этими классами имеют условный характер. Более того, вопрос о том, одинакова или различна природа формирования валентно-нестабильного состояния в ПВ и КС является открытым. Большое значение по этой причине имеет исследование перехода нестабильно-валентной системы из ПВ в Кондовский режим.

В СКЭС реализуются разные типы основного состояния: немагнитное, магнито-упорядоченное. сверхпроводящее, узкощелевые полупроводники. В последнее время открыт еще один класс СКЭС - Кондо-изоляторы. В силу неясности природы образования такого разнообразия классов СКЭС закономерна постановка задачи о выяснении причин образования того или иного основного состояния в СКЭС.

Существующие представления связывают формирование свойств СКЭС с 4( электронами и их взаимодействиями с электронами проводимости (см, например [1а,2а,3а] и ссылки в них). В то же время, одно из основных взаимодействий 1Г

электронов - взаимодействие с кристаллическим электрическим полем (КЭП) в рамках существующих модельных представлений о СКЭС практически не учитывается (в "нормальных" РЗ системах это взаимодействие является определяющим при низких температурах). Более того, в большинстве микроскопических моделей предполагается высокая кратность вырождения для 4)" мультиплета, т.е. не принимается во внимание его расщепление в КЭП. Между тем, в ряде систем энергия взаимодействия 4f электронов с КЭП сопоставима с энергией k-f электронного взаимодействия. В таких случаях учет взаимодействия с КЭП в конкретном исследуемом РЗ соединении является по мнению автора необходимым.

Цели работы.

Основными целями представленной работы были следующие:

1) изучить роль взаимодействия 4f электронов с КЭП в формировании свойств нестабильно-валентных систем;

2) определить вклад частично делокализованных 4f электронов в потенциал КЭП для ПВ состояния и состояния, близкого к границе ПВ и Кондовского режимов Ai электронной оболочки;

3) исследовать влияние нестабильной валентности на решеточные свойства СКЭС.

Для этого необходимо было выбрать конкретные нестабильно-валентные

соединения как объекты экспериментальных исследований. Принципиальное значение при выборе соединений имело следующее обстоятельство: При переходе системы из ПВ в Кондовское состояние не должно нарушаться ближайшее окружение РЗ ионов (т.е. не должны изменяться симметрия окружения и типы ближайших к РЗ ионов), поскольку именно ближайшее окружение в основном формирует потенциал КЭП.

Подходящим (а по ряду причин уникальным) объектом является шггерметаллическое соединение CeNi, в котором валентное состояние ионов церия является лабильным 14а], т.е. сильно изменяется при замещении Се на La, что дает возможность исследовать спектр магнитных возбуждений 4f электронной подсистемы, свойства делокализованных 4f электронов, при постепенном переходе от ПВ состояния к Кондовскому режиму 4f оболочки. При воздействии на валентное состояние ионов церия за счет частичного замещения в РЗ подрешетке не изменяются симметрия решетки и типы ионов, формирующих ближайшее окружение РЗ.

Вторым объектом исследования является система CeNiSn - интерметаллическая система, в которой была обнаружена щель в магнитном спектре [5а,6а] (в более рашшх работах сообщалось о существовании щели в электронном спектре этого соединения [7а]).

Были поставлены следующие конкретные физические задачи:

1) исследовать трансформацию спектра магнитных возбуждений нестабильно-валентной системы Се(.хЬах!чЧ при ее переходе из ПВ состояния в Кондовское;

2) определить изменение вклада частично делокализованных 4Г электронов в потенциал КЭП при переходе систем на основе Се№ из ПВ состояния в Кондовский режим И электронной оболочки;

3) изучить роль основных взаимодействий И электронов - взаимодействия с КЭП и Кондовского к-1 взаимодействия в формировании основного состояния.

5) исследовать влияние нестабильной валентности на решеточные свойства Се№5п.

Обе системы, выбранные в качестве объектов исследования, обладают кристаллической решеткой с низксй симметрией локального окружения РЗ ионов. КЭП. Поэтому первостепенное значение имело создание методики определения параметров гамидьто!шана КЭН для ъиисм с т;з,",й симметрией локального окружения РЗ ионов. Кроме того, для аостилен;:" поставленных целен было необходимо решить ряд задач по развитию методики количественной обработки спектров неупругого магнитного рассеяния нейтронов, и результатов экспериментов по рентгеновской дифракции.

Научная новизна и практическая ценность работы.

Впервые исследована трансформация спектра магнитных возбуждений при переходе от ПВ состояния к Кондовскому режиму 4f электронной оболочки на

одной системе (Се^Ьа^М) без нарушения ближайшего окружения РЗ ионов. Установлено, что качественная трансформация спектра происходит в соединениях, где энергия гибридизации близка к энергии расщепления основного 4f мультиплета в КЭП.

Б спектре мапштных возбуждений интерметаллнческой ПВ системы Се№ обнаружена щель с энергией около 20 мэВ при Т=12К .

Впервые определен вклад частично делокализованных 4? электронов в потенциал КЭП для различных состояний 4f электронной системы без нарушения ближайшего окружения РЗ ионов (при помощи метода парамагнитной метки в соединениях Ргх(Се,Ьа,У)|.хМО. В Кондовском состоянии (близком к переходу в ПВ режим) М электроны церия влияют только на энергетический масштаб растепления. В ПВ состоянии вклад частично дёлокалнзованных 4f электронов в потенциал КЭП качественно иной: помимо увеличения энергетического масштаба взаимодействия значительно изменяются параметры КЭП 4-го и 6-го порядков, что соответствует {• тип) симметрии пространственного распределения электронной плотности.

Для соединения СеЬНЗп исследованы условия формирования основного состояния: определены энергия спиновых флуктуацнй, характерная энергия

взаимодействия электронов с КЭП, структура волновых функций основного М мулътиллета ионов церия в КЭП Ш^Бп.

Определен вклад нестабильно-валентных ионов церня в термическое расширение системы Се№5п. Установлено, что из-за особенностей строения кристаллической решетки соединение Ьа№5п не может являться немагнитным решеточным аналогом СеМБп.

В целом полученные результаты позволяют сделать вывод о существенной роли взаимодействия М электронов с КЭП при формировании свойств СКЭС. Они способствуют дальнейшему развитию теоретических представлений и стимулируют развитие экспериментальных исследований СКЭС.

В ходе работы был решен ряд методических задач, а именно:

Создана методика получения параметров гамильтониана КЭП в системах с низкой симметрией локального окружения РЗ ионов на основе комплексного анализа результатов неупругого магнитного рассеяния нейтронов, измерений теплоемкости и магнитных свойств.

Развит подход к определению потенциала КЭП нмзкосимметричных систем, базирующийся на последовательном понижении симметрии локального окружения от высокой к низкой.

На основе симметрийного анализа в систематизированной форме представлены соотношения между информацией, получаемой из нейтронного эксперимента для различных РЗ ионов в КЭП различной симметрии, и числом независимых параметров гамильтониана КЭП.

Развита методика количественной обработки спектров неупругого рассеяния ьейтронов (НРН), включающая выделение магнитной компоноггы рассеяния, аппроксимацию спектров магнитного рассеяния математическими функциями, соответствующими спектральным функциям для различных состояний 4! электронной оболочки.

Развита методика прецизионных измерении рентгеновских дифрактограмм б широком диапазоне температур, расчета параметров решетки и ЛКТР для кристаллических решеток любой симметрии.

Методика, созданная в настоящей работе для количественной обработки спектров НРН и расчета параметров гамильтониана КЭП может быгь использована для достоверного определения характеристик основных взаимодействий в СКЭС при наличии надежной и полкой экспериментальной информации.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных конференциях РНЦ "Курчатовский Институт" (ООЯФ-ИСФТТ, Москва, 1989-1994); на XXIX (Казань. 1992) и XXX (Дубна, 1994) совещаниях по физике низких температур; на совещаниях по использованию рассеяния нейтронов в физике конденсированного

состояния XI (Гатчина, 1991) и XII (Заречный, 1993); на научно-технической конференции МФТИ (Долгопрудный, 1994); на Международной конференции по физике силыюкоррелированных электронных систем (Секдан, 1992); на Российско-Французском семинаре по актуальным вопросам использования нейтронов в физике конденсированных сред (Гатчина, 1993).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано !2 печатных работ,

список которых приведен в конце автореферата.

Построение диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений. Она содержит 144 страницы текста, включая рисуиа^а, 2 и глигпк литеоатуры из 80 ссылок.

Краткое содержание работы: Во-введении обосновываются актуальность темы исследований, даны основные понятия физики СКЭС и вопросы, возникающие при изучении этих систем. Сформулированы основные результаты, выносимые автором на защиту.

В первой главе приведен краткий обзор наиболее характерных свойств СКЭС: ПВ и КС. Обсуждаются присущие этим системам аномалии свойств, обусловленные

наличием электронов и их взаимодействиями. Рассматриваются основные микроскопические модели и феноменологические подходы к описанию СКЭС, существующие проблемы физики СКЭС. В главе 1 обсуждается вопрос о необходимости изучения роли взаимодействия с КЭП в формировании свойств ПВ я КС.

Кратко рассматриваются возможности НРН для исследования спектров магнитных возбуждений СКЭС а также эффектов КЭП. Изложены преимущества метода неупругого рассеяния нейтронов как одного из наиболее информативных методов изучения СКЭС.

Далее, исходя из рассмотренных проблем физики СКЭС, обосновывается выбор конкретных систем Се№ и СеМБп как объектов экспериментальных исследований. Принципиальное значение при этом имеет отсутствие нарушений ближайшего окружения РЗ ионов при трансформации состояния системы (от ПВ до состояния с локализованными магнитными моментами) за счет химического замещения.

В конце главы формулируются основные физические и методические задачи работы, а также сделан краткий обзор свойств систем на основе Се№ и СеМЭп.

Вторая глава посвящена методическим вопросам, которые были решены в ходе работы.

Рассматривается методика, созданная для определения параметров КЭП в соединениях с низкой симметрией локального окружения РЗ ионов. Эта методика основана на использовании такой степени предварительной обработки и анализа экспериментальной информации, которая позволяет проверять наборы параметров КЭП на адекватность экспериментальным данным без расчета непосредственно измеряемых величин (нейтронных спектров), а также на подходе, базирующемся на последовательном понижении симметрии локального окружения от высокой к низкой.

Обсуждается методика количественной обработки спектров НРН, выделения магнитной компоненты рассеяния, аппроксимации спектров различными спектральными функциями.

Представлена методика определения параметров кристаллической решетки и расчета ЛКТР на основе рентгеновских дифрактограмк.

В главе 2 также описаны условия проведения экспериментов, приведены параметры использовавшихся спектрометров (КДСОГ <ОИЯИ), НЕТ и IRIS (RAL), TAS-5 (PSD) и дифрактометров (ДРОН-3 (РНЦ "КИ") и Siemens DS00 (МХТИ)). Перечислены использовавшиеся образцы (в том числе содержащие изотоп имеющий в двадцать раз меньшее сечение рассеяния нейтронов, чем естественный Ni), представлена информация о структуре и составе образцов.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований, их первичной обработки, расчетов параметров КЭП, предварительного анализа полученной информации.

Для изучения трансформации спектров магнитных возбуждений системы Се(. xLaxNi при переходе из ПВ в Кондовский режим на спектрометре НЕТ были измерены спектры НРН при температурах от 10 до 200К для образцов с х=0,0.2 -ПВ режим, х=0.8 - состояние с хорошо локализованными магнитными моментами, х=0.5 - состояние, .переходное между ПВ и Кондовским, х=1 - немагнитный аналог. Магнитная компонента спектров НРН для образцов с х=0.8,0.5,0.2 приведена на Рис.1. Спектры для этих образцов хорошо описываются при поимощи Лоренцевских спектральных функций. Наблюдается качественная трансформация спектра магнитных возбуждений системы Ce(.xLaxNi от широкого и бесструктурного для х=0.2 до спектра, в котором наблюдаются 2 пика с энергиями 7 н 15 мэВ <х=0.8), связанных с переходами между, уровнями основного 4( мультиплета ионов церия, расщепленного в KS'Sv При концентрации x=0.¿ наблюдаются неупругий пик с энергией около 15 мэВ и квазиупругая компонента рассеяния (при понижении концентрации La увеличивается энергия неупругой компоненты, уменьшается амплитуда квазиупругой, ширины обеих компонент растут). Для CeNi на Рис.2 показан спектр магнитных возбуждений, оказавшийся 6

очень широким (с максимумом при энергии 32 мэВ). Существенной особенностью этого спектра является энергетическая щель: . отсутствие в пределах экспериментальной точности магнитного рассеяния при энергиях, меньших 20 мэВ. Повышение температуры до 200К (также как и замещение 20: Се на La) приводит к подавлению этой щели.

На Рнс.З представлена магнитная компонента спектральной функции рассеяния нейтронов Sroag( Е) для CeNiSn, полученная на спектрометре КДСОГ. Smag(E) для этого соединения хорошо описывается квазиупругой Лоренцевскон функцией с полушириной на полувысоте Г/2«3.5±1 мэВ. Эта величина является характерным параметром k-f электронного взалмоденствия в CeNiSn. Переход ионов церия в состояние с целочисленной валентностью при замещении Се на La не обнаружен ышпь да кгтгтгемтрянии La 70%. Поэтому для изучения взаимодействия 4f электронив церия с НЭП был использован метод нарамшпихной -

введение в решетку ионов Nd3+. На спектрометрах КДСОГ и TAS-Ó Cu.v. получены - Smag(E) для Ndo^Lao jNiSn (см. Рис.4), имеющего параметры решетки и ближайшее окружение РЗ ионов, эквивалентные системе CeNiSn. На Рис.4 (Т=10К) видны 4 пика, соответствующих переходам с нижнего дублета основного 4f мультиплета ионов Nd3+, расщепленного в КЭП на 5 Крамерсовсклх дублетов. Энергии и интенсивности этих пиков, также как и интенсивности переходов между возбужденными состояниями, полученные из экспериментов при температурах до 100К, были использованы для расчета параметров гамильтониана КЭП по методике, описанной в Главе 2. Решите этой задачи основывалось на близости симметрии локального окружения РЗ ионов в решетке RNiSn (моноклинной с точечной группой Cs) к более высокой тригональной симметрии с точечной группой D3J. В качестве оси квантования была выбрана кристаллографическая ось х, являющаяся осью симметрии 3-го порядка для тригонального окружения. Итоговые значения параметров КЭП для тригонального КЭП в параметризации по Вальтеру [9а]: W=0.44 мэВ, х2о=-0 06, х40=О.Ю, х60=-0.49, х^-0.09, х43=0.15, х^-О.И. При помощи полученных параметров гамильтониана КЭП было рассчитано расщепление в КЭП RNiSn основного 4f мультиплета ионов Се: определены энергии и волновые функции подуровней мультиплета (см. Рнс.З).

Влияние частично делокализованных 4f электронов нерия на потенциал КЭП было исследовано при помощи метода парамагнитной метки - введения ионов в системы на основе Ce(La,Y)Ni методом НРН на спектрометрах КДСОГ и TAS-5 и IRIS. Химическое замещение в РЗ подрешетке в системе RNi не нарушает ближайшее окружение РЗ ионов, сформированное ионами Ni. На образцах Ргл (La.Y)]..^!, не содержащих нестабильно- валентные ионы церия, была получена зависимость эффектов КЭП от параметров решетки (межионных расстояний). Образцы Prx(Ce,La)j.x Ni использовались для определения вклада 4f электронов

7

церия в потенциал КЭП на парамагнитной метке. В качестве иллюстрации на Рис.6 показана зависимость энергий 2х неупругих переходов oí объема элементарной ячейки. Параметры гамильтониана КЭП для ионов Рг^+ в КЭП ромбической симметрии (точечная группа C2v) в системе RN1 были рассчитаны на основе комплексного анализа результатов нейтронных экспериментов, измерений теплоемкости (в том числе в магнитном поле), анизотропии магнитной восприимчивости и намагниченности (1 Оа] с использованием методики, предложенной в главе 2. Значения параметров КЭП для образца Рг0 js^o 75^1. выбранного в качестве базового при определении параметров КЭП, в параметризации по [9а): W=0.48 мэВ, х20=0.13, х22=-0.05, х40=0.12, х42=0.15, х44=-0.02, x§o=0.26, х62=0.01, х&)=-0.19, х^О.07.

Термическое расширение систем на основе CeNiSn изучалось на ре|гггеиовских дифрактометрах Дрон-3 и Siemens D500. Оказалось, что CeNiSn и LaNiSn качественно отличаются по термическому расширению так, параметры решетки а и b LaNiSn уменьшаются с ростом температуры во всем исследованном диапазоне (10-300К), в тс время как для CeN'iSn а и Ь растут при увеличении температуры <на Рис./ показана температурная зависимость параметра решетки а для соединений RNiSn). К аналогичной CeNiSn температурной зависимости приводит замещение 30: лантана в LaNiSn на иттрий Тем самым качественное отличие термического расширения лантановой и цериевой систем обусловлено не нестабильной валентностью церия, а специфика строения кристаллической решетки RN'iSn. Подходящим немагнитным структурным аналогом системы CeNiSn оказалось соединение Lao jV'q 3\'iSn. При использовании этого соединения для CeNiSn удалось выделить вклад 4Í электроноп церия в термическое расширение при температурах 30-50К, близких к характерной энергии k-f электронного взаимодействия в этой системе

Для системы CeN'i при замещении нория на иттрий (при Т=300Ю обнаружено, явление решеточного "коллапса", что свидетельствует о изменении валентности церия в сторону большего отклонения от 3. Этт эффект, по-видимому, аналогичен а-а' переходу, наблюдаемому в церии (см. 1 la¡).

В четвертой главе анализируются полученные экспериментальные результаты и результаты расчетов.

На основании полученной зависимости спектров магнитных возбуждений системы Ce¡.xLaxNi от концентрации церия сделан вывод о том, что качественная трансформация спектра магнитных возбуждений при переходе нестабильно-валентной системы Cei.jLa^Ni из ПВ в Кондовскнй режим происходит при энергии Jt-f гибридизации, близкой к энергии взаимодействия 4i электронов с КЭП. Тем самым последнее взаимодействие, формирующее основные низкотемпературные '8

свойства системы на основе РЗ элементов в "нормальном" состоянии, по-видимому, играет важную роль в формировании свойств нового основного состояния и спектра

возбужденных состояний для РЗ системы в валентно-нестабильном режиме.

В системах на основе CeNi без нарушения ближайшего окружения РЗ ионов обнаружено влияние частично де локализованных 4f электронов церия, имеющее качественно разный характер для IIB состояния системы и состояния, близкого к Колдовскому режиму 4f электронной оболочки.

Соединение CeNiSn по результатам работы можно охарактеризовать как систему, в которой состояние 4f электронной оболочки находится вблизи границы ПВ и ТФ режимов. Согласно оценке расщепления основного 4f мультнплета ионов Се в КЭЛ энергетическое расстояние между основным и первым возбужденным уровнями мультнплета (4.4 мэВ) оказалось близка к энергии спиновых флуктуации (3.5 мэВ) Полученные ¡гкиигримы^Х'ЫГ,.'? близость энергий Кондовского

взаимодействия и вэаимодеГкльня 45 злсптрон«« г КЭ11. структура волновых функций основного 4f мультнплета позволяют обосновать сделанные в работе [11а] предположения о механизме формирования щелевого спектра состояний в CeNiSn за счет гибридизации возбуждений КЭП с Коидовскими возбуждениями.

Основным результатом исследования решеточных свойств соединений RNiSa является качественное отличие термического расширения систем CeNiSn и LaNiSn, обусловленное спецификой строения кристаллической решетки. Поэтому соед;;::;,чие LaNiSn не может являться немагнитным структурным аналогом для валентно-нестабильной системы Ce!\;Sn В качестве такого аналога, по-видимому, больше подходи'! соединение Lag ¿Yq ;jN''Sn

В заключении изложены основные выводы проведенных исследований и нр' ддожскы перспективные направления дальнейшего изучения СКЭС.

В f.iöoTe но.п'чены следующие основные ре.юьтаты. i . впервые псслсловг & трансформации спектра магнитных во Суждений при iiepexr.ic от ПН состояния к Крчдовскому режиму 4f ¿лсктроьноД оболочки (от состояния с частично дедокадизованными 41 электронами к состоянию с хоро:но .¡шилизткмнычк магнитными м&могтамп) н» одиой системе (Се(.хЬах№) без ндр'.'шенин бтн'.ка/нпе.'О окр1 ження РЗ ионов Установлено, чго качественная трансформация си ктра происходит при энергии гибридизации, близкой к энергии расщепления основного 4'' мультнплета в КЭП.

2) В спектре магнитных возбуждений нитермсталдической ПВ системы CeNi

обнаружена ш'-ль с энергией около ¿0 >"В при Т=12К Получены свидетельства в не - когерентного характер, ->м>й ¡пели.

3) Впепвые определен вклад частично делокализоваиных 4f злекгронои в потенциал КЭП для различных cor ояний if электронной системы без нарушения ближайшего

9

окружения РЗ ионов (при помощи метода парамагнитной метки в соединениях Рг (Ce,La,Y) Ni). В Кондовском состоянии (близком к переходу в ПВ режим) А{ электроны церия влияют только на энергетический масштаб расщепления. В ПВ состоянии вклад частично делокализованных 4f электронов в потенциал НЭП качественно отличается от вклада в ПВ системе: помимо увеличения энергетического масштаба взаимодействия значительно изменяются параметры КЭП 4-го и 6-го порядков, что соответствует f-типу симметрии вклада.

4) Для соединения CeNiSn, обладающего щелью в спектре магшггных возбуждений, исследованы условия формирования основного состояния: определены энергия спиновых флуктуации, характерная энергия взаимодействия 4f электронов с КЭП, структура волновых функций основного 4f мультнплета ионов церия RNiSn, способствующая гибридизации Кондовских возбуждений с возбуждениями КЭП [11а].

5) Определен вклад нестабильно-валентных ионов церия в термическое расширение системы CeNiSn. Установлено, что из-за особенностей строения кристаллической решетки соединение LaNiSn не может являться немагнитным решеточным аналогом CeNiSn. В качестве такого аналога подходит соединение La<) 7Y0 3NiSn.

Основные методические результаты работы:

1) Создана методика получения параметров гамильтониана КЭП в системах с низкой симметрией локального окружения РЗ ионов на основе комплексного анализа результатов неупругого магнитного рассеяния нейтронов, измерений теплоемкости и магнитных свойств.

Развит подход к определению потенциала КЭП низкосимметричных систем, базирующийся на последовательном понижении симметрии локального окружения от высокой к низкой.

На основе симметрийного анализа в систематизированной форме представлены соотношения между информацией, получаемой из нейтронного эксперимента для различных РЗ ионов в КЭП различной симметрии, и числом" независимых параметров гамильтониана КЭП.

2) Развита методика количественной обработки спектров неупругого рассеяния нейтронов, включающая выделение магнитной компоненты рассеяния, аппроксимацию спектров магнитного рассеяния матемапгческими функциями, соответствующими спектральным функциям для различных состояний 4f электронной оболочки.

3) Развита методика прецизионных измерений рентгеновских дифрактограмм в широком диапазоне температур, расчета параметров решетки и ЛКТР для кристаллических решеток любой симметрии.

Е.теУ

Рис.1. Экспериментальные значения (кружки) функций магнитного рассеяния „рйтро»«» для образцов Се(.„1дхЫ1 х=0.2 (а), х=0.5 (Ь), х=0.8

(с) при Т=12К. Толстые линии - результат подгонки Лорениианами (топкие линии).

Рис.2. Экспериментальные значения (кружки) функции магнитного рассеяния нейтронов 5тад((5=0,Е) для Себ0№ при Т=12К, полученные посредством суммирования по углам рассеяния 5°, 11.5° и 16.5° (для начальной энергии нейтронов £¡=150 мэВ). Линия - подгонка экспериментальных данных Лоренцевской спектральной функцией. На вставке показана 5гаа(,(0=0,Е) для этого образца при Т=12К, полученная при суммировании по углам рассеяния от 11.5° до 26.5° (£¡=80 мэВ).

Рис.3. Магнитная компонента спектральной функции рассеяния нейтронов для CeNiSn при Т=10К (о) и Т=80К (•). Линии - наилучшая подгонка экспериментальных точек квазиупругой Лоренцевской спектральной функцией. Пунктирная лишш - лучшая подгонка для Сец 7Lao 3NiSn (Т=10К).

Рис.4 Магнитные компоненты спектральной функции рассеяния нейтронов для Ndu 'jbi. ;N.Sr, ири Т=10К (а) и !00К (6) Линия на !\0 - наилучшая подгонка пикш» 4-мя лорениианлми. Линия на (б) - :штенсив«мстъ переходов голькл с основного состояния при T=iOOK. рассчитанная на оси;.не данных для Т=!0К. Занггрнхованая область иллюстрирует фоно»нуь компоненту при Т=100К

а = 0.83 Ь = -С.54

J = 5''2 «-bíl¿/2> г ai;S/2>

I

I

14.0 i:ieV i

—*-— !t3/2>

4.-1 nsevj j

—!--— 3¡tL/2> i Wï5/2>

Рис.3. Pat- -и, i схема раешепоештя основного 4f мультиплета ионов Се-'* в НЭП RNiSn.

un.cell

Рис.6. Зависимость энергий неупругих переходов от объема элементарной ячейки. Пустые кружки и треугольники - энергии неупругих пиков для образцов Ргх(Ьа,У)].х№. Черные кружки и треугольники соответствуют образцам РгхСе|.,.№ (х=0.1 ;0.2;0.3 соответственно N=1:2:3) и Pro.1Ceo 4Lao.5 Ni (N=4), содержащим частично делокализованные 4( электроны Се.

100 200 Т, К

300

Рис.7. Температурные зависимости параметра кристаллической решетки а для Сс^а^п при х=1 (1), х-0.5 (2), а =0.3 (3), х=0.05 (4), х=0 (5), 1л0 7Ур.^13п (6) и РгМЭп (7).

И

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях: [1] F.G.AIiev, V.V.Moshchalkov, R.V.Scolozdra. М.A.Lopes de la Torre, S.Vieira, R.Villar, P.A.Alekseev, E.S.CIemcntyev, V.N.Lnzukov, I.P.Sadikov. G.A.Ivanov-Srr.olenskii, l.D.Datt. "Anomalies in the thermal expansion of the henvv-fermion compound CeNiSn", J. Moscow Phys.Soc., 1991, v.t, p 311-316. (2i 11.Л.Алексеев, Е.С.Клементьег., В.Н.Лазуков, И.П.Садиков "Нейтронные и рентгеноструктурные исследования валентнонестабильной системы CeNiSn", Материалы XXIX Совещания по физике низких температур (Казань-1992), ч.2, Э5. [3] P.A.Alekseev, E.S.Clementyev, V.N.Lazukov, Е. V.Ncfeodova, I.P.Sadikov, "inelastic neutron scattering and X-ray diffraction study of valence unstable CeNiSn ®nd C*Ni compounds". Mat. of Russian-French Seminar on Current Topics of Cond. Matt Problems with Neutrons and Complementary Methods. Ct.37.0? (O^trbAпя, 1993).

[4J P.A.Alekseev, E.S.Clementyev, V.N.Lazukov, I.P.Sadikov, E.A.Goremychkin, I.L.Sashin, "Neutron scattering and X-ray diffraction study of the valence unstable system Ce^La^iSn", Physica B, 1993, v. 186-188, p. 416-418.

[5] П.А.Алексеев, Е.С.Клементьев, В.Н.Лазуков, Е.В.Нефедова, И.П.Садиков, М.Н.Хлопкин, А.Ю.Музычка, И.Л.Сашин, Н.Н.Ефремова, В.Бурер," 4f-электроны и условия формирования основного состояния в Кондо-изоляторе CeNiSn ЖЭТФ, 1994, т.106, в.4(10), с. 1228-1245.

[6] P.A.Alekseev, E.S.CIemcntyev, W.Buehrer "Crystalline Elecrtic Field Splitting in Nd0 3La0 7KiSn", LNS Annual Progress Report LNS-170, 1994, p. 50.

[7] П.А.Алексеев, Е.С.Клементьев, В.Н.Лазуков, Е.В.Нефедова, И.П.Садиков и , "Влияние ближайшего окружения на валентность церия в соединениях типа RNij и RNi", ФММ, 1994, т.77, в.6, с. 593-598.

[8! Е.С.Клементьев, П.А.Алексеев, В.Н.Лазуков, И.П.Садиков, А.Ю.Музычка, И.Л.Сашин, W.Buehrer "Определение условии формирования основного состояния Кондо-изолятора CeNiSn", Материалы XXX Совещания по физике низких температур (Дубна 1994), ч.2, с. 252-253.

[9| В.Н.Лазуков, П.Л.Алексеев, Е.С.Клементьев, И.П.Садикоз, Р.Осборн. Е.А.Гаренычкии "Трансформация спектров возбуждении 4f электронов в соединениях Ce(.xLaxNi", Материалы XXX Совещания по физик« шиклх температур (Дубна-1994), ч.2, с. 273-274.

[10] Е.В.Нефедова, П.А.Алексеев, Е.С.Клементьев, В.Н.Лазуков, И.П.Садиков "Влияние ближайшего окружения на формирование промежуточно-палентаого состояния в Ce-Ni соединениях", Материалы XXX Совещания по физике низких температур (Дубна-1994), ч.2, с. 147-148.

[Ill Е.С.Клементьев, "Определение параметров кристаллического электрического поля в соединениях на основе редкоземельных элементов с низкой симметрией локального окружения", препринт ИАЭ-5822/9, 1994, с. 1-40. [12] Е.С.Клементьев, П.А.Алексеев, С.Г.Кривенцов, В.Н.Лазуков, "Программа количественной обработки нейтронных спектров", препринт ИАЭ-5830/9, 1995, с. 1-10.

Цитируемая литература

[la] J.M.Lawrence, P.S.Riseborough and R.D.Parks, "Valence Fluctuation Phenomena", Reports on Progress in Physics, 1981, v.44, n.l, p. 1-84. [2a] N.B:Brandt and V.V.Moschalkov", Concentrated Kondo Systems", Adv.Phys., 1984, v.33, p. 373-468.

[За] С.В.Вонсовский, М.И.Кацнельсон, А.В.Трефилов, "Локализованное и делокализованное поведение электронов в металлах" ФММ, 1993, т.76, в.3,4 с.1-89. [4а] Sujata Patil, P.L.Paulose, L.C.Gupta, R.Vijayaraghavan and B.D.Padalia, "Magnetic behavior and valence transition of Ce^L^Ni", Mod. Phys. Lett. B, 1988, v.2, n2, p. 537-542.

[5a] T.E.Mason, G.Aeppli, A.P.Ramirez, K.N.Clausen, C.Broholm, RStucheli, E.Bucher, T.T.Palstra, "Spin gap and antiferromagnetic correlations in the Kondo insulator CeNiSn", Phys. Rev. Lett., 1992, v.69, n.3, p. 490-493. [6a] H.Kadowaki, T.Sato, H.Yoshizawa, T.Ekino, T.Takabatake, H.Fujii, L.P.Regnault and Y.lsikawa," Quasi-One-Dimensional Antiferromagnetic Correlation in the Kondo Semiconductor CeNiSn", Technical Report of 1SSP 2789, 1994, p. 1-13. [7a] Ф.Г.Алиев, Н.Б.Брандт, В.В.Мощалков, М.К.Залялютдинов, Р.В.Сколоздра, О.Э.Корецкая, Г.И.Пак, "Днэлектризация спектра у Кондо-системы CeNiSn при низких температурах", Письма в ЖЭТФ, 1988, т.48, в. 10, с. 536-539. [8а] P.A.AIekseev, V.N.Lazukov, A.Yu.Rumyantsev and l.P.Sadikov, "Neutron spectroscopy of Pr3"1" impurity in the intermediate-valence compound CeNi5 ", J. Mag. Mag. Mat., 1988, v.75, p. 323-329.

[9a] U.Walter, "Treating crystal field parameters in lower than cubic symmetries", J. Phys. Chem. Solids, 1984, v.45, n.4, p. 401-408.

[10a] G.Fillion, D.Gignoux, F.Givord and R.Lemaire, "4f magnetism in CeNi, PrNi and NdNi single crystals", J. Mag. Mag. Mat., 1984, v. 44, p. 173-180. [11a] Ю.Каган, К.А.Кикоин, Н.В.Прокофьев,"О природе псевдощели в энергетическом спектре CeNiSn", Письма в ЖЭТФ , 1993, т. 57, с. 584-589.