Межионное обменное взаимодействие в системах CeAl3 и (Ce,Pr)Ni: нейтронные исследования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ТИДЕН Николай Николаевич

МЕЖИОННОЕ ОБМЕННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В СИСТЕМАХ СеА13 И (Се, Рг)№: НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

01 04.07 — Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 2008

003445332

Работа выполнена в Российском научном центре «Курчатовский институт»

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

В Н Лазуков

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

АП Менушенков

кандидат физико-математических наук В.Г. Орлов

Ведущая организация: Петербургский институт ядерной

физики (Гатчина)

Защита состоится « А б» '¿-и^РС/Л 2008 г. в /¿>~чъа на заседании Специализированного совета при РНЦ «Курчатовский институт» по адресу 123182, г. Москва, пл Акад. Курчатова, д 1, тел (499) 196-95-51

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РНЦ «Курчатовский институт».

Автореферат разослан « /&>> 2008 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, к ф -м н.

А В. Мерзляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Силыюкоррелированные электронные системы (СКЭС) на основе редкоземельных (РЗ) элементов привлекают к себе пристальный интерес в силу нескольких причин Это и разнообразие физических вопросов, возникающих при рассмотрении специфических магнитных, термодинамических и транспортных свойств данного рода систем, и возможности их технического применения Особые физические свойства СКЭС на основе РЗ элементов обусловлены значительным взаимодействием 4Г-элсктронной оболочки с электронами проводимости В результате возникают два конкурирующих взаимодействия - гибридизация (смешивание волновых функций локализованных 4('-элсктро1шых оболочек и зонных электронов) и косвенное обменное взаимодействие типа РККИ Кроме этих взаимодействий присутствует еще и взаимодействие 4Г-оболочки с внешним окружением РЗ ионов - с кристаллическим электрическим полем (КЭП) В настоящее время среди РЗ СКЭС выделяют несколько классов со своими специфическими физическими свойствами, определяемыми различными взаимодействиями

Первый класс - так называемые "нормальные" соединения на основе РЗ ионов В них хорошая пространственная локализация 4Г-электронов и слабая гибридизация приводят к появлению локального магнитного момента Квантовое число 3 (Л=Ь+8) оказывается хорошо определенным Взаймодействие 4{ оболочки с внешним окружением РЗ ионов - с кристаллическим электрическим полем (КЭП) - вызывает относительно слабое расщепление основного 4Г мультиплета, соответствующего определенному значению полного момента J Если в результате этого расщепления основное состояние системы оказывается синглетным, то такая система остается парамагнитной вплоть до самых низких температур Однако, известны системы с синглетным основным состоянием, в которых наблюдается магнитное упорядочение Это, как предполагают, связано со специфическим проявлением межионного обменного взаимодействия, явлением наведенного магнетизма Таким образом, энергии и волновые функции уровней расщепленного мультиплета, зависящие от типа РЗ иона, симметрии КЭП, величины КЭП и обменного взаимодействия по существу определяют низкотемпературные свойства соединений данного класса на основе РЗ элементов В частности, в спектрах магнитных возбуждений наблюдаются узкие переходы между состояниями в КЭП

Второй класс соединений - промежуточновалентные (ПВ) системы В этом классе существенная гибридизация приводит к нецелочисленной заселенности 4Г-оболочкн В экспериментах, изучающих макроскопические свойства, такие как теплоемкость и восприимчивость, аномальность этих систем проявляется при температурах ниже

некоторой характерной температуры, порядка То~100 К Ниже этой температуры наблюдается, так называемое, подавление локального магнитного момента Более детальное рассмотрение таких систем при низких температурах показывает, что возникает парамагнитное состояние с очень высокими значениями величины паулевской восприимчивости Одновременно с этим, коэффициент перед линейным членом в температурной зависимости теплоемкости (коэффициент Зоммерфельда) оказывается в ~100 раз больше по сравнению с обычными металлами Это свидетельствует о формировании высокой плотности состояний вблизи уровня Ферми при низких температурах В спектрах магнитного рассеяния нейтронов для ПВ систем обычно наблюдается лишь широкое квазиупругое рассеяние соответствующее спиновым флуктуациям и неупругий пик, природа которого на сегодняшний день остается предметом дискуссий В некоторых ПВ системах формируется немагнитное основное состояние, тогда квазиупругое рассеяние отсутствует, и в спектре магнитных возбуждений наблюдается щель Доминирующим взаимодействием для ПВ класса рассматривается гибридизация, а влиянием межионного обменного взаимодействия и взаимодействия с КЭП в формировании низкотемпературного основного состояния для ПВ систем обычно пренебрегают Однако экспериментальные и теоретические указания на возможное влияние межионного обменного взаимодействия существуют

Третий класс соединений - тяжелофермионные (ТФ) системы - находится в промежутке между первыми двумя Для систем этого класса характерна практически целочисленная валентность, и в этом он близок к нормальным РЗ СКЭС С другой стороны, системы остаются немагнитными до самых низких температур, что характерно для ПВ систем Коэффициент Зоммерфельда в температурной зависимости теплоемкости оказывается больше по сравнению с обычными металлами уже в -1000 раз, а характерная температура становится То~10 К В спектре магнитных возбуждений, с одной стороны, наблюдаются эффекты КЭП, с другой стороны, ширина переходов заметно больше, чем для "нормальных" РЗ соединений Т е, этот класс систем имеет часть признаков первых двух классов рассмотренных выше Соответственно, можно предположить присутствие сразу нескольких взаимодействий - гибридизации, обменного межионное взаимодействия, взаимодействия с КЭП

Низкотемпературные свойства всех рассмотренных классах РЗ СКЭС в той или иной мере могут быть связаны с межионным обменным взаимодействием Поэтому была сформулирована следующая цель экспериментальных исследований

Целью работы являлось экспериментальное исследование влияния межионного обменного взаимодействия на условия формирования основного состояния в

характерных классах редкоземельных СКЭС - с хорошо локализованным магнитным моментом и синглетным основным состоянием, ТФ и промежуточновалентных системах

Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи

• Исследовать спектры магнитных возбуждений и магнитных дисперсионных кривых в широком интервале температур переданных импульсов и энергий выбранных репрезентативных систем

• Детально исследовать процесс формирования основного состояния в ТФ системе СеА1з и, в частности, определить степень влияния межионного обменного взаимодействия и гибридизации на этот процесс,

• Определить роль обменного взаимодействия и гибридизации в формировании спектрального магнитного отклика ПВ соединения со спиновой щелью Се№, установить связь между формированием щели, величиной валентности и параметрами структуры,

• Детально изучить механизм магнитного упорядочения в Рг№, т е определить все возможные переходы с ненулевыми матричным элементами в КЭП, выявить ответственное за магнитный фазовый переход возбуждение и определить энергетический масштаб обменного взаимодействия Определить влияние межионного обменного взаимодействия и гибридизации при замещении ионов Рг на немагнитные ионы Ьа или ПВ ионы Се на механизм магнитного фазового перехода

• Провести сравнительный анализ исследованных систем с точки зрения определения условий формирования основных состояний в соединениях с различной степенью стабильности 4{ электронной оболочки,

Научная новизна и практическая ценность работы

Впервые экспериментально установлено, что в ТФ системе СеА1з возможно существование ближних межиониых корреляций ферромагнитного типа, связанных с формированием ТФ состояния при температурах, определяемых масштабом расщепления в кристаллическом поле

Показано, что в ПВ системе со спиновой щелью Се№ механизм формирования щели определяется кооперативным состоянием в редкоземельной подрешетке Оно разрушается за счет тепловых флуктуаций при повышении температуры, а в низкотемпературной области - при введении немагнитных дефектов в РЗ подрешегку или

при изменении степени f-d гибридизации и соответствующей модификации валентного состояния

Установлено, что в системе PrNi ответственным за магнитное упорядочение является "нижнее" по энергии возбуждение КЭП из синглетного основного состояния, и реализуется, так называемый, механизм наведенного магнетизма

Показано, что существенное разбавление системы PrNi ионами Се (замещение 75% ионов Рг на Се) не приводит, в отличие от системы Pro ?sLao 25N1, к подавлению магнитного упорядочения ионов Рг, хотя система CeNi немагнитная Экспериментально установлено, что в системе Pro 7sCeo 75N1 энергия первого возбужденного уровня КЭП иона Рг3+ заметно уменьшается по сравнению с энергией первого возбужденного уровня в системах PrNi и Ргоо?Ьао9з№ Показано, что при замещении ионов Рг нестабильно-валентными ионами Се происходит изменение механизма магнитного упорядочения

Таким образом, экспериментально показано, что формирование физических свойств в редкоземельных сильнокоррелированных системах происходит под влиянием обменного взаимодействия, а также его балансом с другими взаимодействиями (гибридизация, взаимодействие с КЭП) с близкими по масштабу энергиями

Полученные в диссертационной работе экспериментальные результаты важны для развития понимания роли различных взаимодействий в РЗ СКЭС, выявления взаимосвязи между спектральными характеристиками ПВ и ТФ соединений и их физическими свойствами Проведенные исследования открывают возможность для создания новых теоретических представлений о природе систем с ПВ или ТФ основным состоянием, а также для создания новых материалов с заданными свойствами Личный вклад автора

Автором выполнены основные эксперименты по получению спектров магнитных возбуждений систем тяжелофермионного соединения СеА1з, промежуточновалентного -CeNi и со стабильной 4Г-оболочкой PrNi, методом неупругого рассеяния нейтронов Проведен анализ экспериментальных результатов для получения достоверных данных о спектрах магнитных возбуждений систем на основе СеА1з, CeNi и PrNi Выполнены основные расчеты, позволяющие связать специфику магнитного фазового перехода в системе PrNi с концепцией наведенного магнетизма Сформулированы выводы и сделано заключение о влиянии межионного обменного взаимодействия на формирование физических свойств в редкоземельных сильнокоррелированных системах В части усовершенствования методики было разработано программное обеспечение, необходимое для первичной обработки экспериментальных данных по неупругому магнитному рассеянию нейтронов

Достоверность результатов и обоснованность выводов диссертации обеспечены высоким качеством экспериментального материала, использованием различных методик при исследовании наблюдаемых явлений Результаты и выводы согласуются с известными фактами и наблюдениями, выполненными другими методами в других исследовательских группах

Апробация работы

Результаты работы докладывались на научных конференциях РНЦ «Курчатовский институт» (ИСФТТ, Москва 2002-2007), 3, 4 и 5-й национальных конференциях по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (Москва, 2001, 2003, 2005), XVII и XIX совещаниях по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния (Гатчина, 2002, Обнинск 2006), 4 европейской конференции по рассеянию нейтронов (Лунд, Швеция, 2007), международной конференции по сильнокоррелированным электронным системам (Вена, Австрия, 2005), международной конференции по магнетизму (Рим, Италия 2003), международной конференции по рассеянию нейтронов (Мюнхен, Германия, 2001)

По результатам диссертации опубликовано 9 статей в рецензируемых журналах, список которых приведен ниже Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы Работа изложена на 138 стр, содержит 56 рисунков и 126 ссылок Краткое содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы основные цели и задачи работы, а также сформулированы результаты, выносимые автором на защиту

В первой главе приведен краткий обзор современных представлений о явлении валентной нестабильности в РЗ СКЭС Рассматривается их общая классификация, наибрлее характерные взаимодействия, а также некоторые теоретические подходы к описанию физических свойств этих систем

Обосновывается выбор объектов исследований Рг№ - система с синглегаым немагнитным основным состоянием, которая, тем не менее, магнитно упорядочивается при достаточно высокой температуре, ПВ металлическое соединение со спиновой щелью Се№, классическое ТФ соединение СеАЬ Рассматриваются их известные физические свойства и формулируются конкретные задачи, которые необходимо было решить для каждого из выбранных соединений

Обсуждаются основные преимущества и возможности метода неупругого рассеяния нейтронов, который использовался в данной работе в качестве основного метода исследования свойств РЗ СКЭС на микроскопическом уровне

Во второй главе описываются методы изготовления и аттестации образцов, методика проведения экспериментов по неупругому рассеянию нейтронов и их количественной обработки Приводится описание нейтронных спектрометров по времени пролета НЕТ (RAL, Великобритания) и FOCUS (PSI, Швейцария), а также трехосного спектрометра TASP (PSI, Швейцария), которые использовались для получения информации о структуре спектра возбуждений 4f-оболочки и основного состояния Дано детальное описание техники по времени пролета, составляющих фона, первичной обработки получаемых спектров, разделения магнитных и фононных компонент спектров рассеяния Приведены методические и расчетные аспекты выполненных нейтронных исследований Кроме того, в данной главе описаны проведенные измерения параметров структуры методом нейтронной дифракции и значений валентности методом спектроскопии вблизи Ьш-края поглощения

Третья глава посвящена основным экспериментальным результатам и предварительному анализу полученной информации В первой части главы, изучаются особенности формирования основного состояния ТФ системы СеА1з Измерения проводились на поликристаллических образцах СеАЬ, CeoçYoïAb и CeoçLaoïAb в широком интервале температур и переданных импульсов Полученная зависимость интенсивности квазиупругого магнитного рассеяния нейтронов (КУМРН) от переданного импульса представлена на рис.1. Обнаружено, что зависимости интенсивности КУМРН от переданного импульса для всех исследовавшихся соединений в области переданных импульсов более 0 7 À"1 в пределах погрешности совпадают между собой, но существенно отличаются от одноионного форм-фактора Из исследований температурной зависимости спектрального магнитного отклика СеАЬ определено, что отклонения от одноионной зависимости интенсивности квазиупругого магнитного рассеяния нейтронов начинают формироваться на масштабах температур, сравнимых с энергией расщепления в КЭП Кроме этого, обнаружена взаимосвязь изменений интенсивностей неупругой и квазиупругой составляющих спектра магнитных возбуждений, а также увеличение энергии неупругого перехода по мере уменьшения температуры

Во второй части третьей главы представлены результаты измерений спектров неупругого рассеяния нейтронов, параметров структуры и валентности ПВ систем на основе CeNi Исследования проводились на образцах CeNi и с частичным замещением Се на La (Ceo ssLao 15N1), а также Ni на Cu (CeNi0 9С110 О Частичное замещение ионов Се на La

позволило определить влияние регулярности в РЗ подрешетки на особенности физических свойств. А частичное замещение N1 на Си (СеМоэСио.О позволило проследить влияние

гибридизации. Нейтронные измерения проводились на поликристаллических образцах Се№ и Се№о.9Сио.1 в широком энергетическом и температурных

интервалах. На рис.2, показано сравнение

спектров магнитного

рассеяния соединений Се№, Се№о.9Сио.1 и данных для Ceo.85Lao.15Ni из работы [1] при температурах 200 и 12 К. При высоких температурах (200 К) спектры магнитного рассеяния Се№ и Ceo.85Lao.15Ni выглядят практически идентично -только широкое квазипругое рассеяние, а вот спектр Се№о.9Сио.] заметно отличается - в нем отчетливо наблюдается неупругая компонента при Е~20мэВ. При температуре 12 К наблюдается существенное различие спектров магнитного рассеяния всех трех соединений. Из сравнения спектров Се№ и Ceo.s5Lao.15Ni видно, что даже небольшое замещение ионов Се на немагнитные ионы La приводит к разрушению когерентного режима (исчезает щель, тонкая структура не прослеживается, возникает квазиупругое магнитное рассеяние). При замещении ионов N1 на Си происходит переход ионов Се в состояние с целочисленной валентностью. В последнем случае, квазиупругое рассеяние имеет большую интенсивность (в сравнении с Ceo.85Lao.15Ni), а неупругий пик сдвинут в сторону меньших энергий и его ширина значительно меньше (но сравнению с Се№). Таким образом, экспериментально удалось показать, что коллективный характер низкотемпературного основного состояния системы Се№ разрушается введением немагнитных дефектов в РЗ подрешетку или при изменении валентного состояния вследствие модификации М гибридизации. Одновременно с этим, из измерений температурной эволюции спектров магнитных возбуждений Се№. был определен

Рис. 1. Зависимость интенсивности КУМРН от переданного импульса в СеА1з, Ceo.gYo.1Al3 и Cen.4Lao.1Alj при 4 К. Сплошная линия - одноионный магнитный форм фактор Се3'. Сплошные и контурные стрелочки положения границ и центров зон указанных направлений, соответственно.

Т=200К a CeNi о Ce La Ni

0 85 0 15

10 20 30 40 50 60 70 Переданная энергия ( мэВ )

Рис 2. Магнитные составляющие спектров НРН CeNi, CeosLaoiNi и CeNiogCuoi дтя температур 12 К и 202 К Линии - аппроксимация спектра CeNioçCuoi дана дчя наглядности наблюдения неупругого пика энергетический масштаб (~100 К), при котором низкотемпературное коллективное основное состояние разрушается за счет тепловых флуктуаций Измерения параметров структуры и величины валентности иона Се в соединениях CeNi и CeossLao 15N1 показали, что при температурах ~ 100 К в системе CeNi происходит перестройка межионных расстояний как Ce-Ni так и Се-Се и изменяется ход наклона температурной зависимости валентности Се Таким образом, была продемонстрирована связь между формированием коллективного состояния, перестройкой локального окружения РЗ иона и изменениями в температурной зависимости величины валентности ионов Се

В третьей части приведены результаты исследований механизма магнитного упорядочения в системе с синглетным основным состоянием PrNi Представлены полученные спектры неупругого рассеяния нейтронов на поли- и монокристаллических образцах Proo7Lao93Ni и PrNi при температурах 20-70 К в энергетическом интервале 0-10 мэВ Из измерений, проведенных на поликристаллическом образце Pro o7Lao 93N1, оказалось, что практически все магнитное сечение рассеяния иона Рг3+ (~7 5±0 5 барн из 7 9 барн) содержится в двух магнитных возбуждениях с энергиями ~ 2 мэВ и 4 мэВ Это

значит, что вблизи основного состояния нет уровней с заметными матричными элементами переходов из основного состояния Следовательно, возможный механизм магнитного упорядочения через квазидублетное основное состояние не реализуется

На рис 3 представлены результаты измерений дисперсионных кривых магнитных возбуждений Рг№ для направления [0,1,0] между Г-точками (0,4,0) и (0,2,0) Линиями на данном рисунке представлен расчет для двух-подрешеточной ячейки в модели, учитывающей эффекты кристаллического электрического поля и обменное взаимодействие в приближении среднего поля и хаотических фаз В зоне Бриллюэна с индексами (Ь,к,1,) = (0,2,0) наблюдаются только "оптические" возбуждения (максимум энергии в центре зоны) А в зоне Бриллюэна с индексами (Ь,к,1,) = (0,4,0) только "акустические" Из рис. 3. хорошо видно, что смягчение "верхней" "акустической" моды (сплошные кружки) гораздо слабее, чем "нижней" Таким образом, экспериментально удалось показать, что единственным возбуждением, чья "акустическая" мода смягчается практически до нуля, является "нижнее" по энергии возбуждение в КЭП (мягкая мода) Одновременно с этим видно, что основные особенности

экспериментальных данных хорошо

0,5 1,0 1,5 Ч(Г I и )

Рис. 3 Дисперсия магнитных возбуждений для направления [0,1,0] Линии - модельный расчет Сплошные линии показывают моды с ненучевой интенсивностью, пунктирные — с нулевой, жирные пинии -"акустические" моды, тонкие -"оптические" Открытые симвочы -измеренные "оптические" моды, сплошные симвочы - измеренные "акустические" моды

воспроизводятся в рамках модели,

учитывающей локальное взаимодействие с КЭП (синглетное состояние и два возбужденных уровня с энергиями 2 3 мэВ и 3 8 мэВ) и коллективное (обменное) взаимодействие в приближении среднего поля и хаотических фаз

Заключительная часть главы экспериментальных результатов, посвящена изучению

zc q (| u ) ZB ZB q (I u ) zc

Рас 4 Почученные дисперсионные кривые ProisCemsNi для iianpaeiemiH [0,0,1] и [1,0,0] при температурах 6 5 К - кружки и 20 К - звездочки и сравнение с данными д\я PiNi при температуре 70 К

механизма наведенного магнитного момента при введении в систему нестабильно-валентных ионов Для этой цели выбран образец Pro2sCeo7sNi Были проведены измерения магнитных дисперсионных кривых несколько выше температуры упорядочения (Тс~5К) на монокристаллическом образце Pro25Ceo7sNi Сравнение полученных данных с аналогичными, полученными ранее для PrNi, показано на рис.4. Обнаружено, что относительно неразбавленной системы PrNi в Pro 2iCeo 75N1 энергия первого возбужденного состояния в КЭП уменьшается (направление [1,0,0]), а энергия второго уровня в КЭП увеличивается При этом смягчения какого-либо уровня в центре зоны Бриллюэна, в пределах экспериментальной точности обнаружено не было Таким образом, экспериментально, в системе Pro гзСео 75N1 мягкая мода не обнаружена

В четвертой главе анализируются полученные нейтронные результаты, а также проводится их сравнение с данными по статической магнитной восприимчивости Для ТФ соединения СеА1з полученные результаты зависимости интенсивности КУМРН от переданного импульса анализируются с точки зрения определения типа межионных корреляций Рассмотрено три возможных типа корреляций - ферромагнитные, антиферромагнитные и типа резонирующих валентных связей [2]. Проведена аппроксимация полученной зависимости КУМРН от переданного импульса с учетом возможных типов корреляций и на ее основе рассчитана статическая магнитная восприимчивость На Рис. 5 представлена статическая магнитная восприимчивость.

измеренная на поликристаллическом образце [3, 4], восприимчивость полученная из измерений на монокристалле [5] и статическая восприимчивость, рассчитанная из

0,05

CD

"о 0,04 -

0 00 -■-1-1-1-1-1-1-1-1-

0 4 8 12 16 20

Temperature ( К )

Рис. 5. Температурная зависимость магнитной восприимчивости в СеА1з почучснная из работ [3] - О, [4] - о, [5] - 0, сплошные симвопы - вычисченная магнитная восприимчивость из спектров НРН и экстрапочированная к Q=0 в счучае я -антиферромагнитных корреляций, • - ферромагнитных корречяций и ♦ - РВС

нейтронных спектров Легко видеть, что экстраполяция в точку Q=0, основанная на предположении о наличии ферромагнитных Се-Се корреляций в СеА13 находится в наилучшем согласии с измеренными данными из работ [3, 4, 5] Проведенная оценка масштаба межионных магнитных корреляций дает величину ~ 5 Â, что указывает на ближний характер обменного ферромагнитного взаимодействия Таким образом, получены указания на реализацию ближних ферромагнитных межионных корреляций в СеА13 Кроме этого, из исследований температурной эволюции спектра магнитных возбуждений показано, что температурный масштаб возникновения корреляций превосходит температуру Кондо и сопоставим с энергией расщепления в КЭП Следует отметить, что ферромагнитные корреляции весьма необычны для ТФ соединений Кроме СеА1з, существуют лишь два примера (CesSn3, UPt3), для которых были получены определенные указания на ферромагнитный характер корреляций [6, 7] При этом в UPt3 температурный масштаб возникновения ферромагнитных корреляций, так же как и в СеА13 существенно превосходит температуру Кондо

Сравнение рассчитанной статической магнитной восприимчивости (обратной) из нейтронных данных и измеренной стандартным методом для ПВ соединения Се№ |8] и Се№09Си01 [9] представлено на рис.6. Обнаружено, что при высоких температурах, рассчитанная из нейтронных спектров восприимчивость и измеренная, достаточно хорошо

10ОО

~ 800

Е ш ф о

Е 600 \

ii 400 о. <и о

(Л 3 СО

200 0

0 50 100 150 200 250

Temperature ( К)

Рис. 6 Температурная зависимость обратной магнитной восприимчивости Симыпы - экспериментальные данные полученные из нейтронных спектров Линии -результаты измерений статической восприимчивости, данные работ ¡8, 9] совпадают для обоих соединений Из данных по статической магнитной восприимчивости для соединения CeNiogCuo i следует, что при понижении температуры, с одной стороны, уменьшается эффективный магнитный момент системы (увеличение тангенса угла наклона кривой), а с другой стороны, происходит изменение температуры Кюри с отрицательной на положительную Одновременно с этим видно, что рассчитанная из нейтронных спектров восприимчивость, меньше измеренной (обратная, показанная на картинке, соответственно больше) Следовательно, максимум интенсивности должен приходится на центр зоны Бриллюэна Эти обстоятельства указывают на преобладающее ферромагнитное взаимодействие между ионами Се Следует отметить, что при дальнейшем замещении ионов № на ионы Си в CeNi) чСих система перестает быть немагнитной и при х>0 15 в ней появляются ферромагнитные корреляции В принципе, качественное сходство характера обменного взаимодействия в CeNi и PrNi разумно,

о CeNi Си

09 01

□ CeNi

* • i....

i

Q ~

.0-

§ $

поскольку эти две системы обладают одной структурой с близкими значениями параметров

Для ПВ соединения Се№ было обнаружено, что формирование специфического коллективного основного состояния при низкой температуре в Се№ обусловлено обменным взаимодействием При этом оно весьма чувствительно как к регулярности в РЗ подрешетки, так и к гибридизации Проведенный сравнительный анализ с данными дтя других нестабильно-валентными соединений со спиновой щелью, такими как УЬА1з, СезВцР1з и УЬВ|2 показал, что, с точки зрения описания, система Се№ наиболее близка Кондо-изолятору СезВ14Р1з Показано качественное сходство поведения спиновой щели в Се№ при повышении температуры и замещении РЗ иона на немагнитные ионы с моделью гибридизационной щели [10]

Полученные экспериментальные результаты для системы Рг№ показали, что в этой системе явление наведенного магнетизма является движущей силой магнитного фазового перехода Полученные данные по одноионной анизотропии матричных элементов в образце Ргоо1Ьао9М1 качественным образом согласуются с анизотропией магнитной восприимчивости Рг№ А именно, ось легкого намагничивания - "с" соответствует максимальному полученному матричному элементу для низколежащего возбуждения - ¡,2 = 3 85, а ось "Ь" является самой "тяжелой" и соответствующий матричный элемент

минимален - 1у2 = 1 25 Это указывает на применимость использованного подхода и является еще одним косвенным свидетельством упорядочения через

низколежащее возбуждение Замещение ионов Рг на немагнитные ионы Ьа приводит к уменьшению температуры Кюри (см рис 7) Расчетная зависимость температуры Юори от концентрации ионов Рг при их замещении на немагнитные ионы 1_а представлена на рис. 7 сплошной линией, качественно она согласуется с

Концентрация ионов Рг (1-Х)

Рис 7 Зависимость температуры магнитного упорядочения при замещении ионов Рг в РгИг ионами о - Ьа или • - Се Линия - модечьный расчет, детачи см текст

экспериментальными данными, при этом механизм магнитного упорядочения остается неизменным Видно, что зависимость Тс от замещения ионов Рг на ионы Се уходит к существенно большим концентрациям ионов Се Полученные результаты для системы Рго25Сео?5^1 продемонстрировали значительное уменьшение энергии возбуждения, ответственного за магнитный фазовый переход в Рго25Сео75№ по сравнению с Рг№ В принципе, уменьшение энергии первого возбужденного состояния в КЭП эффективно должно приводить к увеличению Тс, а, следовательно, необходимое для магнитного упорядочения число соседей участвующих в обмене должно уменьшаться Таким образом, за счет изменения электронной компоненты потенциала КЭП происходит уменьшение энергии низколежащего возбуждения в КЭП с 2 3 мэВ для Рг№ до 0 8 мэВ для Рг025Се0 75№ В результате в Рго25Сео75М1 формируется квазидублетное основное состояние, при этом ширина квазидублета соизмерима с его энергией В результате расчетов с измененной схемой уровней КЭП, предельное расчетное значение концентрации ионов Рг оказалось равным ~ 20% и показано на рис. 7. звездочкой Т е уменьшение числа ионов Рг, участвующих в обмене, компенсируется уменьшением энергии перехода В результате, даже при замещении ~ 75% ионов Рг ионами Се, полученная система претерпевает магнитный фазовый переход при Т=5 7 К Таким образом, в системе, находящейся вблизи перехода магнетик - немагнетик, существенную роль в формировании основного состояния играют эффекты КЭП наряду с обменным взаимодействием При этом ионы Се, находящиеся в состоянии с промежуточной валентностью, изменяют схему расщепления в КЭП, за счет изменения электронной подсистемы

В заключении просуммированы основные результаты и приведены главные выводы работы

В работе получены следующие основные результаты

Исследовано методом неупругого магнитного рассеяния нейтронов влияние межионного обменного взаимодействия на условия формирования основного состояния ряда сильнокоррелированных электронных систем на основе редкоземельных интерметаллидов, характеризующихся промежуточновалентным и тяжелофермионным состоянием, а также со стабильной Г-оболочкой и синглетным основным состоянием

В качестве репрезентативных систем использованы поли-и монокристаллические образцы на основе

• Тяжелофермионного соединения СеАЬ

• Промежуточновалентного соединения Се№

• Системы с синглетиым основным состоянием и наведенным магнетизмом PrNi

1 Экспериментально установлено, что в ТФ системе СеАЦ существуют ближние корреляции ферромагнитного типа, проявляющиеся в широкой области температур, соответствующей формированию ТФ состояния и определяемой масштабом расщепления в кристаллическом поле

2 Показано, что в ПВ системе со спиновой щелью CeNi механизм формирования щели определяется кооперативным состоянием в редкоземельной подрешетке Данное состояние разрушается за счет тепловых флуктуаций при повышении температуры, а также в низкотемпературной области при введении немагнитных дефектов в РЗ подрешетку или при изменении валентного состояния вследствие изменения f-d гибридизации

3 Исследованы особенности ферромагнитного упорядочения в системе с синглетным основным состоянием PrNi в условиях высокой анизотропии КЭП и двухатомной магнитной подрешетки Показана связь этого фазового перехода с мягкой магнитной модой, формируемой на основе одноионного возбуждения в кристаллическом поле

4 Показано, что за счет изменения потенциала КЭП (при замещении ионов Рг нестабильно-валентными ионами Се) в системе Pro25Ceo7sNi происходит изменение механизма магнитного упорядочения

Таким образом, экспериментально показано, что формирование физических свойств в редкоземельных сильнокоррелированных системах происходит под влиянием межионного обменного взаимодействия, а также его балансом с другими взаимодействиями (гибридизация, взаимодействие с КЭП) с близкими по масштабу энергиями

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях

1 N N Tiden, Е S Clement'ev, Р A Alekseev, S N Gvasahya, E V Nefedova,

V N Lazukov, IP Sadikov, "Paramagnons in the PrNi System with an Induced Magnetic

Moment", Crystallography Reports, 51(2006), Suppl 1, S85-S87

2 NN Tiden, E S Clementyev, P A Alekseev, E VNefeodova, VN Lazukov,

5 N Gvasahya, D Adroja, "Magnetic excitations near induced phase transition m PrNi",

Physica B, 378-380 (2006), 1085-1086

3 V N Lazukov, P A Alekseev, R Bewley, R S Eccleston, К S Nemkovski, I P Sadikov and N N Tiden, "Correlations between Ce unstable-valence ions in CeNi compound", Physica B, 359-361 (2005) 245-247

4 V N Lazukov, N Marcano, N N Tiden, J I Espeso, J С Gomez Sal, P A Alekseev and R Bewley, "Role of Ce-Ni interaction in CeNi ground state formation", Physica B, 378380,1 May 2006, 760-761

5 В H Лазуков, E В Нефедова, В В Сиколенко, У Штауб, П А Алексеев, К С Немковский, С Прадерванд, И П Садиков, Л Содерхольм, H H Тиден, "4f электронные корреляции и решеточные свойства валентнонестабильного соединения CeNi", ФММ, т 93, вып 2 (2002) с 61-65

6 V N Lazukov, E V Nefeodova, V V Sikolenko, U Staub, P A Alekseev, M Braden, К S Nemkovski, С Pradervand, 1P Sadikov, L Soderholm, N N Tiden, Lattice anomalies in CeNi unstable valence compound", Applied Physics A 74 (2002) p 559561

7 П А Алексеев, В H Лазуков, H H Тиден, R Kahn, J -M Mignot, А Подлесняк, E С Клементьев и И П Садиков, "Магнитные корреляции в тяжелофермионной системе СеАЬ", Кристаллография 52 (2007), с 420-424

8 В H Лазуков, П А Алексеев, H H Тиден, К Бек, Е С Клементьев, И П Садиков, "Особенности основного состояния в СеА1з", Письма в ЖЭТФ, 76 (2002), No 5, 353

9 NN Tiden, P A Alekseev, VN Lazukov, A Podlesnyak, E S Clementyev, A Furrer, "Magnetic correlations in heavy fermion СеА1з compound", Solid State Communications, Volume 141, Issue 8, February 2007, Pages 474-479 Цитируемая литература

1 V N Lazukov, P A Alekseev, E S Clementyev, R Osbom, В Rainford, I P Sadikov, О D Chistyakov, and N В Kolchugina, "Evolution of Ce dynamic magnetic response in Cei xLaxNi compounds", Europhys Lett 33 (1996), 141

2 А С Мищенко, "Квазиупругое магнитное рассеяние на системах нейтронов на системах с тяжелыми фермионами", Письма в ЖЭТФ, 68 (1998) 480

3 К Andres, J E Graebner, H R Ott, "4/-Virtual-Bound-State Formation in CeAl3 at Low Temperatures", Phys Rev В 35(1975), p 1779

4 A Edelstem, С J Tranchita, О D McMasters and К A Gschneidner, "Transition into a magnetic state without magnetic scattering in a rare earth system СеАЬ", Solid State Commun, 15 (1974), 81

5 D Jaccard, R Cibin, A Bezinge, J Sierro, K Matho and J Flouquet, "Resistivity and susceptibility measurements on single crystalline CeAlj", JMMM 76-77 (1988), 255

6 J M Lawrence, M F Hundley, J D Thompson, G H Kwei and Z Fisk, "Coexistence of magnetic order and heavy-fermion paramagnetism m CesSr^", Phys Rev B 43 (1991), 11057

7 A I Goldman, G Shuane, G Aeppli, E Bucher and J Hufnagl, "Neutron scattering measurements of spin fluctuations in the heavy-fermion system UPt3", Phys Rev B 36 (1987), 8523

8 D Gignoux, F Givord, R Lemaire and F Tasset, "Intermediate valence state of cerium in CeNi", J of Less-Common Metals 94 (1983), 165-172

9 V N Lazukov, N Marcano, N N Tiden, JI Espeso, J C G6mez Sal, P A Alekseev and R Bewley, "Role of Ce-Ni interaction in CeNi ground state formation", Physica B, 378-380, 1 May 2006, 760-761

10 P S Riseborough, "Theory of the dynamic magnetic response of Ce3Bi4Pt3 A heavy-fermion semiconductor", Phys Rev B 45(1992), 13984, PS Riseborough, "Collapse of the coherence gap in Kondo semiconductors", Phys Rev B 68,235213 (2003)

Подписано в печать Об 05 2008 Формат 60x90/16 Печать офсетная Уел печ л 1,25 Тираж 67 экз Заказ 27

Отпечатано в РНЦ «Курчатовский институт» 123182, Москва, пл Академика Курчатова, д 1

Введение

Глава I. Сильнокоррелированные электронные системы

СКЭС) на основе редкоземельных (РЗ) элементов.

1.1. Явление нестабильной валентности и межионное обменное взаимодействие в СКЭС на основе РЗ элементов.

1.2. Динамика магнитного момента в тяжелофермионной (ТФ) системе СеА1з.

1.3. Промежуточная валентность (ПВ) и синглетное основное состояние в металлической системе со спиновой щелью Се№.

1.4. Магнитное упорядочение и эффекты кристаллического электрического поля (КЭП): магнетизм в системе с локализованным магнитным моментом Рг№.

1.5. Основные проблемы и задачи, решаемые в работе.

Глава II. Образцы и методика проведения экспериментов.

П.1. Изготовление и аттестация образцов.

11.2. Методика проведения экспериментов по неупругому рассеянию нейтронов.

11.3. Обработка спектров неупругого рассеяния нейтронов. Выделение магнитной составляющей рассеяния. Связь статических и динамических магнитных свойств.

11.4. Измерения структурных параметров и валентности.

Глава III. Экспериментальные результаты.

III.1. Особенности основного состояния тяжелофермионной системы СеА13.

Ш.1.1. Температурная трансформация спектрального магнитного отклика СеА1з — влияние гибридизации.

III.1.2.' Специфика межионного обменного взаимодействия в СеА13.

Ш.2. Обменное взаимодействие и гибридизация в промежуточно-валентной системе с синглетным основным состоянием и спиновой щелью CeNi.

111.2.1. Температурная эволюция щели в спектре магнитных возбуждений CeNi.

111.2.2. Перенормировка спин-орбитального перехода CeNi.

111.2.3. Влияние гибридизации на формирование щели CeNi - нейтронные исследования образца CeNio.9Cuo.1- 79 Ш.2.4. Валентность ионов Се в соединениях

CeNi и Ceo.85Lao.15Ni. Влияние гибридизации и формирования щели на свойства кристаллической решетки. Структурные исследования.

III.3. Магнетизм в системе с синглетным основным состоянием PrNi.

111.3.1. Исследование эффектов КЭП на поликристаллическом образце Pr0.iLa0.9Ni.

111.3.2. Исследование анизотропии КЭП на монокристалле Pro.1Lao.9Ni.

III.3.3. Идентификация мягкой моды в системе

PrNi.

III.4. Влияние промежуточной валентности на механизм магнитного упорядочения системы PrixCexNi.

Глава IV. Обсуждение результатов.

IV.1. Ближние магнитные корреляции в ТФ системе

IV.2. Механизм формирования спиновой щели в ПВ соединении CeNi.

IV.3. Мягкая мода и перенормировка КЭП в механизме магнитного упорядочения систем на основе PrNi.

Силыюкоррелированные электронные системы (СКЭС) на текущий момент представляют собой широкий класс соединений, таких как системы с промежуточной валентностью, тяжелофермионные соединения, системы с колоссальным магнетосопротивлением, высокотемпературные сверхпроводники. Все эти системы объединены наличием существенного взаимодействия между локализованными и зонными электронами, которое формирует их физические свойства при низких температурах. В данной работе рассматриваются интерметаллические СКЭС на основе редкоземельных (РЗ) элементов начала ряда лантанидов - церия (Се) и празеодима (Рг).

Значительный интерес к исследованию РЗ СКЭС наблюдается уже на протяжении последних нескольких десятков лет и обусловлен нижеследующими причинами. Прежде всего, это наличие аномалий в сравнении с обычными, например с! металлами, в ряде магнитных, термодинамических и кинетических свойств. Изучение условий формирования этих аномалий важно для понимания некоторых фундаментальных проблем физики твердого тела - таких как соотношение локализованного и делокализованного состояния электронов в твердом теле или конкуренция различных механизмов взаимодействия между электронами. Кроме этого, РЗ СКЭС имеют перспективы технического применения. Уже сегодня соединения на основе РЗ элементов используются для производства стекла, в нефтепереработке и нефтехимии (катализаторы для крекинга нефти, присадки в дизельное топливо и др.), металлургии, производство мишметалла ("природный сплав" лантана и лантаноидов) для перезаряжаемых водородных аккумуляторных батарей, полировальных порошков, в производстве каталитических фильтров-нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей (церий), магнитов (самарий и неодим), люминофоров, керамических конденсаторов (лантан, неодим), электроники и для многих других целей.

Специфические физические свойства РЗ СКЭС обусловлены наличием частично заполненных электронных оболочек и взаимодействием 4Р-электронов с окружением РЗ ионов и с электронами проводимости. Важно отметить, что 4Г-оболочка является внутренней и экранируется от внешних воздействий 5б2 и 5рб электронными оболочками. Спин-орбитальное взаимодействие, которое связывает угловые моменты Ь и Б и дает общий угловой момент Л, для 4Г-оболочки сильнее, чем другие взаимодействия. Поэтому считается, что нижние уровни определяются только одним значением Л.

Среди РЗ СКЭС на данный момент принято выделять несколько классов, каждый из которых характеризуется своими специфическими свойствами. Первый класс - "нормальные" соединения на основе РЗ ионов. Для них характерна хорошая пространственная локализация 4Г-электронов, и их атомоподобные состояния, сохраняющиеся в твердом теле, приводят к появлению локального магнитного момента. Квантовое число 3 оказывается хорошо определенным, тем самым взаймодействие оболочки с внешним окружением РЗ ионов - с кристаллическим электрическим полем (КЭП) - вызывает относительно слабое расщепление основного 4С мультиплета, соответствующего определенному значению полного момента Л. Обменное взаимодействие между магнитными моментами РЗ ионов часто приводит к магнитному упорядочению таких систем. Если же расщепление в КЭП приводит к синглетному основному состоянию, то такие системы в большинстве своем остаются парамагнитными вплоть до самых низких температур. Таким образом, энергии и волновые функции уровней расщепленного мультиплета, зависящие от тина РЗ иона, симметрии КЭП, величины КЭП и обменного взаимодействия по существу определяют низкотемпературные свойства соединений данного класса на основе РЗ элементов.

Взаимодействие 4Г-электронов с электронами проводимости (к-Т обменное взаимодействие или гибридизация) в некоторых случаях может приводить к нестабильности 4Г-оболочки и, в частности, к ее нецелочисленной заселенности. Такие системы образуют группу "аномальных" СКЭС на основе РЗ элементов. Вследствие валентной нестабильности 4Г-электронов, физические свойства систем становятся аномальными, по сравнению со свойствами "нормальных" РЗ СКЭС. В настоящее время, такие соединения получены на основе РЗ элементов начала

Се, середины — Бт, Ей и конца - Тт, УЬ ряда лантаноидов. Исторически, данный класс систем образовался на основе тяжелофермионных систем (ТФ). Впоследствии были выделены системы с промежуточной валентностью (ПВ), и велась длительная дискуссия о возможности описания обеих групп в рамках единого подхода. Различаются эти подгруппы, прежде всего, степенью стабильности 4{ электронной оболочки: в ПВ системах она достаточно сильно делокализована, что приводит к нецелочисленной валентности, а в ТФ системах валентность остается практически целочисленной. Сформировавшийся таким образом класс ПВ систем характеризуется в первую очередь сильным влиянием гибридизации на физические свойства. Вследствие промежуточной валентности эти системы магнитно не упорядочиваются, а о влиянии КЭП и обменного взаимодействия ведутся дискуссии.

Тяжелофермионные системы выделяются в третий класс веществ, находящийся в промежутке между двумя первыми классами ("нормальными" РЗ и систем с промежуточной валентностью). Этот класс систем объединяет в себе часть признаков первых двух классов. Соединения, принадлежащие данному классу, характеризуются практически целочисленной валентностью, в них наблюдаются эффекты КЭП, правда, существенно видоизмененные. Тем не менее, большинство систем остаются парамагнитными вплоть до самых низких температур, хотя с точки зрения нормальных РЗ и должны были бы магнитно упорядочиваться. Свойства данного класса систем рассматривают, как формирующиеся на основе взаимодействия с КЭП с учетом влияния гибридизации. Однако существуют экспериментальные указания и теоретические представления о влиянии межионного обменного взаимодействия на физические свойства такого рода систем.

Одним из наиболее эффективных методов изучения всех вышеназванных классов систем является спектроскопия неупругого рассеяния нейтронов. В сочетании с исследованиями по термодинамике и кинетике, а также другими спектроскопическими методами, эта методика позволяет получать важную физическую информацию о природе необычных свойств СКЭС. Нейтронная спектроскопия позволяет оценить эффекты гибридизации локализованных состояний с состояниями в зоне проводимости ио отношению к эффектам, связанным с взаимодействием с кристаллическим электрическим полем (КЭП) или к межионным обменным эффектам, и определить иерархию этих взаимодействий, которая фактически задает тип основного состояния системы. Наряду с общей классификацией СКЭС, нейтронные эксперименты дают детальную информацию об особенностях спектра магнитных возбуждений. На основе результатов измерений неупругого магнитного рассеяния нейтронов определяют энергетический спектр и волновые функции состояний 4Г- оболочки. Сравнение данных, полученных экспериментально и рассчитанных по различного рода моделям, позволяет оценивать применимость существующих моделей, а также развивать новые микроскопические представления о природе сильнокоррелированного состояния.

Несмотря на множество экспериментальных и теоретических работ в настоящее время не существует единой непротиворечивой теории для описания РЗ СКЭС. Все теории можно разделить на две основные группы. Первая основывается на локализованном рассмотрении электронов. При высокой температуре в системе существуют локализованные магнитные моменты, которые гибридизуются с состояниями в зоне проводимости. Данный подход достаточно хорошо описывает высокотемпературные свойства, но зачастую оказывается неспособным описать даже объемные низкотемпературные свойства. Второй подход основывается на зонной теории электронов в твердых телах, где носители магнетизма рассматриваются как коллективизированные. Используя этот подход, часто удается описать низкотемпературные объемные свойства, однако возникают трудности при описании высокотемпературных свойств, а также систем с хорошо локализованным магнитным моментом.

Во всех рассмотренных классах РЗ СКЭС существуют необычные явления, которые в той или иной мере могут быть связаны с межионным обменным взаимодействием. Поэтому важно изучить роль обменного взаимодействия и его конкуренцию с другими взаимодействиями в формировании основного состояния систем, принадлежащим трем вышеупомянутым классам РЗ СКЭС.

В данной работе от каждого из трех классов РЗ СКЭС были выбраны соединения, с одной стороны, отражающие специфику данного класса, а с другой стороны, имеющие особенности, предположительно связанные с межионным обменным взаимодействием, которые подчеркивают уникальность этих систем. А именно: от класса систем с целочисленной валентностью было выбрано соединение Рг№ - система с немагнитным основным состоянием, которая, тем не менее, магнитно упорядочивается при достаточно высокой температуре. Предполагается, что движущей силой магнитного фазового перехода является наведенный магнитный момент. От класса ПВ систем было выбрано металлическое соединение со спиновой щелью СеМ, которое обладает такой же кристаллической структурой, как и Рг№, и в которой межионное обменное взаимодействие предположительно остается значимым фактором. Наконец, от класса тяжелофермионных систем было выбрано соединение СеА13 - первое из известных ТФ систем, для которого существуют экспериментальные указания о возможном влиянии межионного обменного взаимодействия на формирование основного состояния.

Целью работы являлось экспериментальное исследование влияния межионного обменного взаимодействия на формирование основного состояния в характерных классах редкоземельных СКЭС - с хорошо локализованным магнитным моментом, ТФ и промежуточновалентных системах.

Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

• Исследовать спектры магнитных возбуждений и магнитных дисперсионных кривых в широком интервале температур, переданных импульсов и энергий выбранных репрезентативных систем.

Это позволит:

• Детально исследовать процесс формирования основного состояния в ТФ системе СеА13 и, в частности, определить степень влияния межионного обменного взаимодействия и гибридизации.

• Определить роль обменного взаимодействия и гибридизации в формировании спектрального магнитного отклика ПВ соединения со спиновой щелью СеМ1; изучить влияние формирования щели на величину валентности и параметры структуры.

• Изучить механизм магнитного упорядочения в РгГчП, т.е. определить все возможные переходы с ненулевыми матричным элементами в КЭП, выявить ответственное за магнитный фазовый переход возбуждение и определить энергетический масштаб обменного взаимодействия. Определить влияние межионного обменного взаимодействия при замещении ионов Рг на немагнитные ионы Ьа или ПВ ионы Се на механизм магнитного фазового перехода.

• Провести сравнительный анализ исследованных систем с точки зрения определения условий формирования основного состояния в соединениях с различной степенью стабильности 4f электронной оболочки.

В результате проведенных исследований, представленных в настоящей работе, были получены следующие основные результаты, выносимые автором на защиту.

Впервые экспериментально установлено, что в ТФ системе СеА13 существуют ближние корреляции ферромагнитного типа, связанные с формированием ТФ состояния при температурах, определяемых масштабом расщепления в кристаллическом поле.

Показано, что в ПВ системе со спиновой щелью Се№ механизм формирования щели определяется кооперативным состоянием в редкоземельной подрешетке. Оно разрушается за счет тепловых флуктуаций при повышении температуры, а в низкотемпературной области - при введении немагнитных дефектов в РЗ подрешетку или при изменении степени Г-с1 гибридизации и соответствующей модификации валентного состояния.

Установлено, что в системе Рг№ ответственным за магнитное упорядочение является "нижнее" по энергии возбуждение КЭП из синглетного основного состояния и реализуется так называемый механизм наведенного магнетизма.

Показано, что существенное разбавление системы Рг№ ионами Се (замещение 75% ионов Рг на Се) не приводит, в отличие от системы Рг075Ьао.25№, к подавлению магнитного упорядочения ионов Рг, хотя система Се№ немагнитная. Экспериментально установлено, что в системе Pro.25Ceo.75Ni энергия первого возбужденного уровня КЭП иона Рг3+ заметно уменьшается по сравнению с энергией первого возбужденного уровня в системах Рг№ и Рг0о7Ьа0.9з^1. Показано, что при замещении ионов Рг нестабильно-валентными ионами Се механизм наведенного момента заменяется формированием квазидублета.

Таким образом, экспериментально показано, что формирование аномальных физических свойств в редкоземельных сильнокоррелированных системах происходит под влиянием межионного обменного взаимодействия и его конкуренцией с другими взаимодействиями (гибридизацией, взаимодействием с КЭП) с близкими по масштабу энергиями.

Основные результаты работы были опубликованы в статьях [86, 87, 91, 92, 93, 95, 100, 105, 109] и представлены на 20 международных и национальных научных семинарах и конференциях.

Работа содержит 138 страниц, 56 рисунков, 3 таблицы и 126 ссылок.

Работа выполнена в Лаборатории нейтронных и синхротронных исследований института сверхпроводимости и физики твердого тела РНЦ "Курчатовский Институт". Экспериментальные данные были получены на фурье-дифрактометре ФДВР в ОИЯИ (Дубна), спектрометрах в Лаборатории Резерфорда-Эплтона (Великобритания), Институте Поля Шеррера (Швейцария) и Техническом Университете Мюнхена (Германия).

Глава V. Заключение

Исследовано влияние межионного обменного взаимодействия на формирование основного состояния и свойства ряда сильнокоррелированных электронных систем на основе редкоземельных интерметаллидов с различной степенью стабильности 4£-оболочки, характеризующиеся тяжелофермионным, промежуточновалентным и наведенным магнитоупорядоченным состояниями.

В качестве репрезентативных систем использованы

поли- и монокристаллические образцы на основе:

• Тяжелофермионного соединения СеА13

• Промежуточновалентного соединения Се№

• Системы с синглетным основным состоянием и наведенным магнитным

моментом Рг№

1. Экспериментально установлено, что в ТФ системе СеА13 существуют ближние корреляции ферромагнитного типа, связанные с формированием ТФ состояния. Температурный диапазон существования ферромагнитных корреляций определяется масштабом расщепления в кристаллическом поле.

2. Показано, что в ПВ системе со спиновой щелыо Се№ механизм формирования щели определяется кооперативным состоянием в редкоземельной подрешетке. Данное состояние разрушается за счет тепловых флуктуации при повышении температуры, а также в низкотемпературной области при введении немагнитных дефектов в РЗ подрешетку, или при изменении валентного состояния, вследствие модификации £-(1 гибридизации.

3. Исследованы особенности ферромагнитного упорядочения в системе с синглетным основным состоянием Рг№ в условиях высокой анизотропии КЭП и двухатомной магнитной подрешетки. Показана четкая связь этого фазового перехода с мягкой магнитной модой, формируемой на основе нижнего по энергии возбуждения в кристаллическом поле.

4. Обнаружено, что существенное разбавление системы Рг№ ионами Се (замещение 75% ионов Рг на Се) не приводит, в отличие от системы Pro.75Lao.25Ni, к подавлению магнитного упорядочения ионов Рг, хотя система Се№ немагнитная. Экспериментально установлено, что в системе Pro.25Ceo.75Ni энергия первого возбужденного уровня КЭП иона Рг3^ заметно уменьшается по сравнению с энергией первого возбужденного уровня в системах Рг№ и Pr0.07La0.93Ni. Продемонстрировано, что в зависимости от Р-электронных свойств иона замещения, введенного в РЗ подрешетку, реализуются различные механизмы подавления фазового перехода.

5. Экспериментально показано, что формирование физических свойств в редкоземельных сильнокоррелированных системах происходит под влиянием обменного взаимодействия и его конкуренцией с другими взаимодействиями (гибридизация, взаимодействие с КЭП) с близкими по масштабу энергиями.

Таким образом, в результате проведенных экспериментальных исследований установлены особенности и механизмы проявления, взаимовлияния и конкуренции обменного взаимодействия, гибридизации и взаимодействия с КЭП в сильнокоррелированных электронных системах, позволяющие целенаправленно влиять на физические свойства этих материалов.

Подведя итоги изложения полученных результатов, коротко рассмотрим ряд возможных дальнейших исследований изучавшихся соединений и соединений на их основе. Поскольку проблема изучения обменного взаимодействия и механизма магнитного упорядочения в системах на основе несмотря на проведенные исследования, далека от своего решения, представляет интерес провести исследования по неупругому рассеянию нейтронов и определению магнитной структуры серий образцов Рг!хШх№ и №1хСех№.

Дальнейшие исследования ПВ соединения Се№ необходимо сконцентрировать на изучении температурных зависимостях тонкой структуры вблизи края щели и основного неупругого пика на монокристаллических образцах. В частности, необходимо проверить возможность существования

дисперсии для основного неупругого пика и ее температурной эволюции. Для дальнейшего обобщения результатов разумно продолжить исследования систем со спиновой щелью на основе Се. В частности, хорошим модельным соединением обещает стать Ce3Bi4Pt3. В этом соединении по результатам нейтронных исследований на поликристаллических образцах обнаружена спиновая щель 1012 мэВ, в то же время сами авторы работы [118] замечают, что магнитный сигнал выше щели не поддается простой трактовке в рамках одноузельных представлений. Исследования же на монокристаллах до сих пор проведены не были.

В заключение считаю своим приятным долгом выразить глубокую признательность Лазукову Владимиру Николаевичу за внимательное и чуткое руководство работой.

Мне бы очень хотелось поблагодарить П.А. Алексеева, Е.В. Нефедову,

A.B. Рыбину, И.П. Садикова и К.С. Немковского за полезные советы, постоянную поддержку и внимание, а также создание уютной атмосферы в коллективе.

Я благодарен руководству ИСФТТ Н.В. Знаменскому, H.A. Черноплекову и

B.К. Ожогиной за интерес и поддержку работы.

Также хотелось бы выразить глубокую признательность A.C. Мищенко и Л.А. Манаковой за полезные дискуссии; Е.С. Клементьеву за помощь в проведении экспериментов и плодотворные обсуждения; A.M. Балагурову, В.В. Сиколенко и В.Г. Симкину за техническую поддержку эксперимента на ФДВР и полезные обсуждения.

Я благодарен сотрудникам ИМЕТ им. Байкова — О.Д. Чистякову и Н.Б. Кольчугиной, а также G. Lapertot за изготовление образцов.

Отдельно мне бы хотелось поблагодарить ответственных за спектрометры, помогавших провести измерения — С. Гвасалия (TASP, PSI, Швейцария), А. Подлесняка (FOCUS, PSI, Швейцария), R. Bewley (НЕТ, RAL, Великобритания) и Р. Link (PANDA, TUM, Германия).

Глава VI. Приложение 1

Магнитная восприимчивость в приближениях МГ-ЯРА для системы с

наведенным магнитным моментом

Рассмотрим систему электронов во внешнем постоянном магнитном поле. Оператор энергии такой системы имеет вид [6]:

где рк - оператор вектора импульса,

ж* — оператор вектора спина к-го электрона,

А — вектор-потенциал внешнего магнитного поля,

и — потенциальная энергия электростатического взаимодействия электронов между собой и с внешним электрическим полем (в дальнейшем эта часть взаимодействия использоваться не будет, поэтому ее конкретный вид не важен).

При помощи теории возмущений с точностью до членов второго порядка малости относительно поля Н можно показать, что энергия п-го невырожденного состояния будет иметь вид [6]:

где - энергия состояния в отсутствии внешнего магнитного поля, Н2 — магнитное поле

[п\м1\п) - матричный элемент оператора магнитного момента.

Подставляя выражение для энергии (2) п-го состояния в статистическую сумму, получим:

* 2 т с ь тс

Х Н ' йН

2 = -ехр

При этом, учитывая, что 1 (пробное поле очень мало) и оставляя только

члены до Н2, можно получить (далее и везде под Н подразумевается g^^H и Я=Я2):

1 [ Н(п\м1\п) Н2 кТ кТ

Из соображений симметрии легко показать, что [6]:

1>«'ех Р

Тогда магнитная восприимчивость системы (в том числе и для системы атомов или ионов) имеет вид обобщенной формулы Ланжевена-Дебая [6]:

кТ ¿1 п(2) кТ с12

=---------> р„ • ехр

я ан нг ан глт^ "

■Н(п\м1\п)-

г \ V кТ,

В случае двухуровневой синглетной системы теперь легко получить температурную зависимость магнитной восприимчивости:

ЯУ'2 (1 + ехр(-А^г))

2 К2ц2М2

•• 1апЬ

Аналогично для двух возбужденных синглетов (матричный элемент перехода между возбужденными уровнями равен нулю) можно получить:

1 + ехр]

Если теперь ввести обменное взаимодействие следующим образом:

то, применяя приближение среднего поля:

Л =<л >+£ =

можно получить обменный гамильтониан в виде:

г,?-' г,г'

Таким образом, Нт можно переписать в виде: Я1П( = Ш(0)а2-^1(2т<т + 8Мн),

т.е. обмен добавляется в эффективное поле через НеЯ - т Соответственно,

возможно посчитать вклад в статическую магнитную восприимчивость от обменного взаимодействия в приближении среднего поля и хаотических фаз. Поскольку с одной стороны намагниченность можно представить М = г, а с

другой стороны М = X О

Н + -\ ЕМ

2J{0)(J ёМ

•Таким образом, получаем окончательное выражение

2 2 V я м

Л 11 27(0) для обратной восприимчивости: — =----^-у, где Хо — магнитная

восприимчивость без учета вклада от обменного взаимодействия. Для определения характера дисперсии возбуждений и их интенсивности рассмотрим случай одного атома в магнитной ячейке. Выражение для динамической

магнитнои восприимчивости можно переписать как: х =

(1-Лв)ХоУ

одноионную восприимчивость, не учитывая температурные изменения

М2 Мг М2 • 2А Х0 = --+ --, введя нулевое уширение Хо = —--г-

А-со А + со

А -со1 -/0

Тогда, подставив выражение для одноионной восприимчивости при нулевой температуре (на самом деле в точке перехода) в выражение для динамической восприимчивости, можно получить:

V А А - <у - Ю

(А2 - а2 - 2 АЛ/2 Л0-Ю)'

Отсюда получаем выражение для резонансной энергии: со1 {О) = А2 -2ДМ2,/(0. Поскольку в выражение для функции рассеяния входит мнимая часть

динамической восприимчивости: £(6,<у) =

•1тСК0,ю)), то

окончательно имеем: ¿'(б*®^

М2 А *>(б)

. Аналогично, для двух

одинаковых ионов в магнитной ячейке, учитывая, что обменное взаимодействие

1(С)) уже не функция, а матрица вида: J(Q) =

Дб) ^(б)' Дб),

, где 3(0) — обменный

интеграл внутри одной подрешетки, а Зр(0) — обменный интеграл внутри между подрешетками (каждый магнитной ион образует подрешетку), можно получить:

^2(0 = А2 -2АМ2(Л0 + |7Д^) <о\ (б) = А2 -2АМ2 (./(0 - \}р (б))

Соответственно, для мнимой части динамической восприимчивости, с которой связана интенсивность рассеяния нейтронов, можно получить следующие выражения:

1тОг2(0,й>)) =

М2 А 2й>1 (б)

М2А 2 со2(0)

Це./Дб)

|Л(б)| ЯеТДб)

Глава VII. Список литературы

1. Ю.П. Ирхин, Электронное строение 4Г-оболочек и магнетизм редкоземельных металлов, Успехи Физических Наук 154 (1988), с. 321

2. К. Тейлор, М. Дарби, "Физика редкоземельных соединений", М., "Мир", 1974, с. 1-374

3. Н.Н. Hill, 1970 in Plutonium 1970 and Other Actinides, edited by W.II. Miner (AIME, New York), p.2

4. Брапдт Н.Б., Кульбачинский B.A., "Квазичастицы в физике конденсированного состояния", Москва 2005, ФИЗМАТЛИТ, с. 1 - 631

5. С. Lacroix and М. Cyrot, "Phase diagram of the Kondo lattice", Phys. Rev. В 20 (1979), 1969 ,

6. C.B. Вонсовский, "Магнетизм", монография, главная редакция физико-математической литературы изд-ва "Наука", Москва 1971, с. 154

7. B.R.Cooper in "Magnetic properties of rare earth metals" edt. R.J.Elliot, 1972, Plenum Press, p. 17; B.R.Cooper, "Magnetic properties of compounds with singlet ground state: exchage correlation effects", Phys. Rev. 163 (1967) p. 444

8. Г1.А. Алексеев, И.П. Садиков, "Сильнокоррелированные электронные редкоземелыпле соединения и рассеяние нейтронов", VIII Школа но нейтронной физике, Дубна 1999, с. 159

9. L.L. Hirst, "Configuration crossover in 4/ substances under pressure" J. Phys.& Chem. Solids, 35(1974), 1285

10. P. Wachter, "Intermediate valence and heavy fermions", in Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earth, edited by K.A. Gschneider, L. Eyring, G.I1. Lander, and G.R. Choppin, 19 (1994), p. 177

11. E. S. Clementyev, J.-M. Mignot, P. A. Alekseev, V. N. Lazukov, E. V. Ncfeodova, and I. P. Sadikov, M. Braden, R. Kahn, G. Lapertot, "Dynamic magnetic response in intermediate-valence CeNi", Phys. Rev.B, 61 (2000), p. 6189

12. G.R. Stewart, "Heavy-fermion systems", Reviews of Modern Physics, 56 (1984), p. 755

13. P.A. Andersen, "Localized Magnetic States in Metals", Phys. Rev. 124 (1961), 41-53

14. J. R. Schrieffcr and P. A. Wolff, "Relation between the Anderson and Kondo Hamiltonians", Phys. Rev. 149 (1966), 491-492.

15. S. Doniach, "The Kondo lattice and weak antiferromagnetism", Physica B+C 91 (1977), 231-234

16. A. Ainato, "Heavy-fermion systems studied by jiSR technique", Rev. Mod. Phys. 69 (1997), 1119-1180

17. H. Tsunetsugu, M. Sigrist and K. Ueda, "The ground-state phase diagram of the one-dimensional Kondo lattice model", Rev. Mod. Phys. 69, 809 (1997)

18. K.I I.J. Buschow and J.F. Fast, "Magnetic properties of some rare-earth aluminum compounds", Zeitschrift fuer Physikalische Chemie (Muenchen, Germany) 50 (1966), 1

19. Murani, A. P., K. Knorr, K. H. J. Buschow, A. Benoit, and J. Flouquet, 1980, Solid State Commun. 36, 523.

20. Flouquet, J., J. C. Lasjaunias, J. Peyrard, and M. Ribault, 1982, J. Appl. Phys. 53, 2117.

21. K. Andres, J.E. Graebner, H.R. Ott, "4f-Virtual-Bound-State Formation in CeAl3 at Low Temperatures", Phys. Rev. B. 35(1975), p. 1779

22. M. Niksch, B. Luthi and K. Andres, "Low-temperature elastic constants of CeAl3", Phys. Rev. B 22 (1980) p. 5774

23. G. E. Brodale, R. A. Fisher, Norman E. Phillips and J. Floquet, "Pressure dependence of the low-temperature specific heat of the heavy-fermion compound CeAl3", Phys. Rev. Lett. 56 (1986) p. 390

24. C. D. Bredl, S. Horn, and F. Steglich, B. Ltithi and Richard M. Martin, "Low-Temperature Specific Heat of CeCu2Si2 and CeAl3: Coherence Effects in Kondo Lattice Systems", Phys. Rev. Lett. 52 (1984) p. 1982

25. B. Andraka, G. Fraunberger, J. S. Kim, C. Quitmann, and G. R. Stewart, "High-field specific heat of CeCu2Si2 and CeAl3", Phys. Rev. B 39 (1989) p. 6420

26. O. Avcnel, J. S. Xia, B. Andraka, C. S. Jee, M-F. Xu, Y. J. Qian, T. Lang, P. L. Moyland, W. Ni, P. J. C. Signore, E. D. Adams, G. G. Ihas, M. W. Meisel, G. R. Stewart, N. S. Sullivan, and Y. Takano, "Magnetic measurements of CeAl3 to below 1 mK", Phys. Rev. B, 45 (1992) p. 5695

27. M.J. Lysak, D.E. MacLaughlin, "Nuclear magnetic resonance and unstable rare-earth magnetism in CeAl3", Phys. Rev. B 31 (1985) 6963-6970.

28. S. Barth, H.R. Ott, F.N. Gygax, B. Ilitti, E. Lippelt, A. Schenck, and C. Baines, "Evidence of frustrated magnetism in CeAl3 from muon-spin-rotation spectroscopy", Phys. Rev. B 39 (1989) 11695.

29. H. Nakamura, Y. Kitaoka, K. Asayama, J. Flouquet, "NMR study of the onset of magnetic ordering in CeAl3", JMMM 76-77 (1988) 465.

30. W.II. Wong, W.G. Clark, "Is there a phase transition in CeAl3?M, JMMM 108 (1992) 175.

31. E.A. Goremychkin, R. Osborn, B.D. Rainford, Т. A. Costi, A. P. Murani, C. A. Scott, and P. J. King, "Magnetic Correlations and the Anisotropic Kondo Effect in Cei^La^Al3", Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 147201; E.A. Goremychkin, R. Osborn, B.D. Rainford, A.P. Murani, "Evidence for Anisotropic Kondo Behavior in Се0^а02А1з", ibid. 84 (2000) 2211.

32. N.E. Sluchanko, V.V. Glushkov, S.V. Demishev, G.S. Burkhanov, O.D. Chistyakov and D.N. Sluchanko, "Heavy fermions in CeAl3", Physica B: Condensed Matter, 378-380 (2006), Pages 773-774

33. ILA. Алексеев, И.П. Садиков, И.А. Маркова, Е.М. Савицкий, В.Ф. Терехова, О.Д. Чистяков, "Исследование эффектов кристаллического поля в СеА13 и NdAl3 с помощью неуиругого рассеяния нейтронов", ФТТ 18 (1976) с.2509

34. Е. А. Goremychkin, I. Natkaniec and Е. Mühle, "Inelastic magnetic neutron scattering from the heavy fermion system CeA13", Solid State Communications, Volume 64, Issue 4, October 1987, Pages 553-556

35. A.P. Murani, K.Knorr and K.H.J. Buschow, "Neutron inclastic scattering study of the compound CeAl3", in "Proceedings of the Second International Conference on Crystal Filed Effects in Metals and Alloys", (1976), p.268

36. P.A. Alekseev, W. Buhrer, V.N. Lazukov, E. V. Nefeodova, I. P. Sadikov, O. D. Chistyakov and M. Zolliker, "Low-temperature effects in magnetic spcctral response of CeAl3-based systems", Physica В 217 (1996), 241.

37. B.R. Cooper, R.Siemann, D. Yang, P. Thayamballi, and A. Banerjca, in The Handbook of the Physics and Chemistry of the Actinides edited by A. J. Freeman and G. II. Lander (North-Holland, Amsterdam, 1985), Vol. 2, Chap. 6, pp. 435-500.

38. A. Tomiyama, S. Suga and A. Okiji, "Elementary excitation for the orbitally degenerate Anderson model at finite temperatures", Phys. Rev. B. 63, 024407 (2000)

39. B. Andraka, C.S. Jee, G.R. Stewart, "Ground state in СеА13: А Се,.лЕалА13 study", Phys. Rev. В 52 (1995) 9462.

40. S. Corsepius, M. Lenkewitz, G.R. Stewart, "Ground state in CeAl3: a Ce(Al!xMx)3 study with M=Ga, Si, Ge and Sn", J. Alloy. Compounds 259 (1997) 29.

41. E. S. Clementyev, P. A. Alekseev, M. Braden, J.-M. Mignot, G. Lapertot, V. N. Lazukov, and I. P. Sadikov, Anomalous lattice dynamics in intermediate-valence CeNi, Phys. Rev. В 57 (1998) R8099 - R8102

42 E. S. Clementyev, M. Braden, V. N. Lazukov, P. A. Alcksecv, J. -M. Mignot, I. P. Sadikov, A. Hiess and G. Lapertot, Anomalous phonon softening in intermediate-valence CeNi Physica B: Condensed Matter, Volumes 259-261, January 1999, Pages 42-43

43 P. A. Alekseev, V. N. Lazukov, J. -M. Mignot and I. P. Sadikov, Neutron scattering studies of intermediate-valence compounds Physica B: Condensed Matter, Volumes 281-282, 1 June 2000, Pages 34-41

44. D. Gignoux, F. Givord, R. Lemaire and F.Tasset, "Intermediate valence state of cerium in CeNi", J. of Less-Common Metals 94 (1983), 165-172

45. K. Bomken, D. Weber, M. Yoshizaxva, W. Assmus, B. Liithi and E. Walker, Gruneisen parameter coupling and CEF-effects in unstable cerium systems: CeNi and СеСиб, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volumes 63-64, January 1987, Pages 315-316

46. G. Creuzet and D. Gignoux, Large anisotropic thermal expansion and magnetostriction in the mixed-valence compound CeNi, Phys. Rev. В 33 (1986), 515 - 520

47. G. Creuzet, A. Fert, C. Gaonach and D. Gignoux, Anisotropic magnetoelastic coupling in CeNi intermediate valence compound Physica B+C, Volume 130, Issues 1-3, May 1985, Pages 138-140

48. D. Wohlleben and J. Rohler, "The valence of Cerium in Metals", J. Appl. Phys., 55 (1984), 1904

49. П.А. Алексеев, E.C. Клементьев, В.II. Лазуков, E.B. Нефедова, И.П. Садиков,

H.Н. Ефремова, Л.Д. Финкелынтейн, Н.Б. Кольчугина, О.Д. Чистяков, "Влияние

ближайшего окружения на валентность ионов церия в соединениях тип RNi5 и RNi, Физика металлов и металловедение, 77 (1994), 60

50. Y. Isikawa, К. Mori, A. Fujii and К. Sato, "Formation of Kondo Lattice in La]xCexNi", J. of Physical Society of Japan 55(9) (1986) 3165

51. V. N. Lazukov, P. A. Alekseev, E. S. Clementyev, R. Osborn, B. Rainford, I. P. Sadikov, O. D. Chistyakov, and N. B. Kolchugina, "Evolution of Ce dynamic magnetic response in Cei.xLaxNi compounds", Europhys. Lett. 33 (1996), 141.

52. A. P. Murani and R.S. Eccleston, "High-energy paramagnetic spectral response of CeNi2M, Phys. Rev. В 53, 48(1996)

53. A.P.Murani, R.Raphel, Z.A.Bowden and R.S.Eccleston, "Kondo resonance energies in CePd3" Phys.Rev.B, 53 (1996) 8188.

54. А. P. Murani and A. Stunault, "Evidence for paramagnetic scattering from nonmagnetic Ce sites in the compound Ce2Sn5", Phys. Rev. В 55, 12518 (1997)

55. G. Aeppli and Z. Fisk, "Kondo insulators", Comments Condens. Matter Phys. 16, 155 (1992).

56. P. S. Riseborough, Heavy fermion semiconductors, Advances in Physics May 2000 vol.49, no.3, pp. 257-320

57. E. V. Nefeodova, P. A. Alekseev, J.-M. Mignot, V. N. Lazukov, I. P. Sadikov, Yu. B. Paderno, N. Yu. Shitsevalova, and R. S. Eccleston, Inelastic neutron scattering study of the Kondo semiconductor YbB 12, Phys. Rev. В 60, 13507 (1999)

58. J.-M. Mignot, P. A. Alekseev, K. S. Nemkovski, L.-P. Regnault, F. Iga, and T. Takabatake, "Evidence for Short-Range Antiferromagnetic Fluctuations in Kondo-Insulating YbBi2", Phys. Rev. Lett. 94 (2005), 247204

59. G.Fillion, D. Gignoux, F. Givord and R. Lemaire, "4f magnetism in CeNi, PrNi and NdNi single crystals", JMMM, 44, 173, 1984

60. R.J.Birgeneau, J.Als-Nielsen, E.Bucher, "Neutron Scattering from fee Pr and Pr3Tl", Phys. Rev. B, 6(1972), 2724

61. T.M.Holden, W.J.L.Buyers, "Temperature dependence of the magnetic excitations in singlet-ground-state systems: Paramagnetic and zero-temperature behavior of Pr3Tl and (Pr, La)3Tl", Phys.Rev. B, 9 (1974), 3797

62. J.Als-Nielsen, J.K.Kjems, W.J.L.Buyers and R.J. Birgeneau, "Observation of a central mode in an exchange-coupled singlet-groundstate system", J.Phys.C: Solid State Phys. 10 (1977), 2673

63. J.A.Blanko, R.M.Niklow, D Schmitt, "Paramagnetic excitations in singlet ground state PrNi2Si2", Phys. Rev.B, 56, 11666, 1997.

64.1.W.Samarlin, J.W.Lynn, T.Chattopadhyay, et.al., "Magnetic structure and spin dynamics of the Pr and Cu in Pr2Cu04", Phys.Rev.B, 51, 5824,1995.

65. П.А. Алексеев, E.C. Клементьев, B.H. Лазуков, И.П. Садиков, M.I I. Хлопкин, М.Адаме, АЛО. Музычка, ИЛ. Сашин, II.Б. Кольчугина, О.Д.Чистяков, "Кристаллическое поле в валентнонестабильных соединениях па основе CeNi", Письма в ЖЭТФ, 63(1996), 947

66. П. А. Алексеев, Е. С. Клементьев, П. Алленшбах, Ю. И. Чумляков, В. Н. Лазуков, И. П. Садиков, "Мягкая мода и магнитный фазовый переход в PrNi", Письма в ЖЭТФ,

76 (2002), с.110

67. J.I.Finney and A.Rozenzweig, "The crystal structure of CeNi", Acta Crystallographica, 14 (1961), 69.

68. Савицкий E.M., Терехова В.Ф. "Металловедение редкоземельных металлов", М.: Наука, 1975,270 с.

69. J.-H. Xu and A.J. Freeman, Phys. Rev. В, "Phase stability and electronic structure of ScAl3 and ZrAl3 and of Sc-stabilizcd cubic ZrAl3 precipitates", 18 (1990) 12533

70 J. V. Mahoney, V. U. Rao, W. E. Wallace, R. S. Craig, and N. G. Nereson, "Experimental evidence for the formation of a singlet ground state at low temperatures in the dense Kondo system CeAl3", Phys. Rev. В 9 (1974) 154

71. F. R. de Boer, J. Klaasse, J. Aarts, C. D. Bredl, W. Lieke, U. Rauchschvvalbe, F. Steglich, R. Felten, U. Umhofer and G. Weber, Magnetization and specific heat of CeA13, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volumes 47-48, February 1985, Pages 60-62

72. A. Edelstein, C. J. Tranchita, O. D. McMasters and K. A. Gschneidner, "Transition into a magnetic state without magnetic scattering in a rare earth system: CeAl3", Solid State Commun., 15(1974), 81

73. http://\\4vw. isis.rl.ac.uk/Excitations/het/

74. S. Janssen, J. Mesot, L. Holitzner and R. Hempelmann, "FOCUS: a hybrid TOF-spectrometer at SINQ" Physica В 234-236(1997), 1174

75. F. Semadeni, В. Roessli and P. Boni, "Three-axis spectroscopy with remanent benders", Physica В 297, 152(2001)

76. http://sinq.web.psi.ch/sinq/instr/tasp/tasp п.html

77 A. P. Murani, "Paramagnetic scattering from the valence-fluctuation compound YbAl3", Phys. Rev.B, 50(1994), p.9882

78. M.T. Hutchings, M.P. Schulhof and H.J. Guggenheim, "Critical Magnetic Neutron Scattering from Ferrous Fluoride", Phys. Rev. В 5 (1972) p. 154

79. Leon Van Hove, "Correlations in Space and Time and Born Approximation Scattering in Systems of Interacting Particles", Phys. Rev. 95 (1954) p.249

80. E. Holland-Moritz, D. Wohlleben and M. Loevvenhaupt, "Anomalous paramagnetic neutron spectra of some intermediate-valence compounds", Phys. Rev. В 25 (1982) p.7482

81. Y. Kuramoto and E. Muller-IIartmann, "Analytic results on dynamics of the degenerate Anderson model", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 52 (1985), 122-128

82. K. Sugawara,"Effect of crystal field on the inclastic neutron scattering cross-section (II)" Phys. Stat. Sol. В 92 (1979), 317

83. V.L. Aksenov, A.M. Balagurov, V.G. Simkin, A.P. Bulkin, V.A. Kudryashev, V.A. Trounov, O. Antson, P. Hiismaki and A. Tiita, "Performance of the high resolution fourier diffractometer at the IBR-2 pulsed reactor ", J. Neutron Research 5(1997), p. 181.

84. V.B. Zlokazov and V.V.Chernyshev, "MRIA - a program for a full profile analysis of powder multiphase neutron-diffraction time-of-flight (direct and Fourier) spectra", J.Appl.Cryst. 25(1992), p. 447.

85. U. Staub, L. Soderholm, S.R. Wasserman, A.G.O. Conner, M.J. Kramer, B.D. Patterson, M. Shi and M. Knapp, "Valence determination as a function of doping in РгВа2Сиз07м Phys.Rev.B, 61(2000), p. 1548.

86. P. A. Alekseev, V. N. Lazukov, N. N. Tiden, R. Kahn, J.-M. Mignot, A. Podlesnyak, E. S. Clementyev, and I. P. Sadikov, "Magnetic Correlations in the CeAl3 Ileavy-Fermion System", Crystallography Reports 52 (2007), p. 398

87. V.N.Lazukov, P.A.Alekseev, R.Bewley, R.S.Eccleston, K.S.Ncmkovski, I.P.Sadikov and N.N. Tiden, "Correlations between Ce unstable-valence ions in CeNi compound", Physica B, 359-361 (2005) 245-247

88. B.H. Лазуков, I I.I I. Тиден, K.C. Пемковский, "Роль магнитных корреляций в формировании спектров элементарных возбуждений в промежуточновалентном соединении CeNi", Препринт CeNi, Преприпт ИАЭ-5830/9, Москва 1994.

89. P. Murani, Z. A. Bowden, A. D. Taylor, R. Osborn, and W. G. Marshall, "Evidence for localized 4/states in u-Ce", Phys. Rev. В 48, 13981 (1993)

90. http://nmods.kaeri.re.kr/level/LEVEI,.html:

W.C. Martin, R. Zalubas, L. Hagan, Atomic Energy Levels - The Rare-Earth Elements. NSRDS-NBS60. U.S. Government Printing Office, Washington, 1978.

91. V.N. Lazukov, N. Marcano, N.N. Tiden, J.I. Espeso, J.C. Gomez Sal, P.A. Alekseev and R. Bewley, "Role of Ce-Ni interaction in CeNi ground state formation", Physica B, 378380, 1 May 2006, 760-761

92. В.П.Лазуков, Е.В.Нефедова, В.В.Сиколенко, У.Штауб, П.А.Алексеев, К.С.Немковский, С.Прадерванд, И.П.Садиков, Л.Содерхольм, II.II. Тиден, "4f

электронные корреляции и решеточные свойства валентнонестабильного соединения CeNi", ФММ, т.93, выи. 2 (2002) с. 61-65.

93. V.N. Lazukov, E.V. Nefeodova, V.V. Sikolenko, U. Staub, P.A. Alekseev, M. Braden, K.S. Nemkovski, C. Pradervand, LP. Sadikov, L. Soderholm, N.N. Tiden, Lattice anomalies in CeNi unstable valence compound", Applied Physics A 74 (2002) p. 559-561

94. E.C. Клементьев, "Определение параметров кристаллического поля в соединениях на основе редкоземельных элементов с низкой симметрией локального окружения", Препринт ИАЭ-5830/9, Москва 1994.

95. N.N. Tiden, Е. S. Clement'ev, P.A. Alekseev, S.N. Gvasaliya, E.V. Nefedova, V.N. Lazukov, I.P. Sadikov, "Paramagnons in the PrNi System with an Induced Magnetic Moment", Crystallography Reports, 51(2006), Suppl. 1, S85-S87.

96 http'.//spectroscopy.web.psi.ch/rita2/;

S. N. Klausen, K. Lefmann, D. F. McMorrow, F. Altorfer, S. Janssen, and S. Llithy, "Simulations and experiments on RITA-2 at PSI ", Appl. Phys. A 74, 1508 (2002)

97. E. S. Clementyev, P. A. Alekseev, P. Allenspach, G. Lapertot and V. N. Lazukov, "Single ion anisotropy and soft-mode-driven magnetic ordering in PrNi", Physica В 350 (2004), p. E83-E86

98. E.C. Клементьев, П.А. Алексеев, С.Г. Кривепцов и B.II. Лазуков, Пренринг ИАЭ-5830/9, Москва 1994.

99. W. Ilenggeler and A. Furrer, "Magnetic excitations in rare-earth-based high-temperature superconductors", J. I'hys.: Condens. Matter 10 (1998) 2579-2596

100. N.N. Tiden, E.S. Clementyev, P.A. Alekseev, E.V.Nefeodova, V.N.Lazukov, S.N.Gvasaliya, D.Adroja, "Magnetic excitations near induced phase transition in PrNi", Physica B, 378-380 (2006), 1085-1086

101. http://\v\\4vnevv.frm2.tum.de/en/scicnce/instruments/spectrometers/panda.html

102 A.C. Мищенко, "Кристаллические поля в системах с обменным и магнитоупругим взаимодействием", Письма в ЖЭТФ, 66 (1997), с.460

103. J. Rossat-Mignod, L. P. Regnault, J. L. Jacoud, С. Vettier, P. Lejay, J. Flouquet, E. Walker, D. Jaccard and A. Amato, "Inelastic neutron scattering study of cerium heavy fermion compounds" JMMM. 76-77 (1988), 376

104. G. Aeppli, H. Yoshizawa, Y. Endoh, E. Bucher, J. Hufnagl, Y. Onuki, and T. Komatsubara, "Wave-vcctor- and magnetic-field-dependent spin fluctuations in the heavy-fermion system CeCu6", Phys. Rev. Lett. 57 (1986), 122

105. B.H. Лазуков, П.А. Алексеев, H.H. Тиден, К. Бек, Е.С. Клементьев, И.П. Садиков, "Особенности основного состояния в СеА13", Письма в ЖЭТФ, 76 (2002), No. 5, 353

106. К.А. Кикоин, M.II. Киселев, А.С. Мищенко, "О механизме стабилизации спиновой жидкости в Кондо-решстках", Письма в ЖЭТФ, 60 (1994) 583

107. А.С. Мищенко, "Квазиупругое магнитное рассеяние на системах нейтронов на системах с тяжелыми фермионами", Письма в ЖЭТФ, 68 (1998) 480

108. D. Jaccard, R. Cibin, A. Bezinge, J. Sierro, К. Matho and J. Flouquct, "Resistivity and susceptibility measurements on single crystalline CeAl3", JMMM 76-77 (1988), 255

109. N.N.Tiden, P.A.Alekseev, V.N.Lazukov, A.Podlcsnyak, E.S.Clementyev, A.Furrer, "Magnetic correlations in heavy fermion CcAl3 compound", Solid State Communications, Volume 141, Issue 8, February 2007, Pages 474-479

110. J. M. Lawrence, M. F. Hundley, J. D. Thompson, G. H. Kwei and Z. Fisk, "Coexistence of magnetic order and heavy-fermion paramagnetism in Ce5Sn3", Phys. Rev. В 43 (1991), 11057

111. A. I. Goldman, G. Shirane, G. Aeppli, E. Bucher and J. Hufnagl, "Neutron scattering measurements of spin fluctuations in the heavy-fermion system UPt3", Phys. Rev. В 36 (1987), 8523

112. G. R. Stewart, Z. Fisk, J. O. Willis and J. L. Smith, "Possibility of Coexistence of Bulk Superconductivity and Spin Fluctuations in UPt3", Phys. Rev. Lett. 52 (1984), 679

113. G. Aeppli, E. Bucher, A. I. Goldman, G. Shirane, C. Broholm and J. K. Kjems, "Magnetic correlations in UPt3 and UbJXIV, JMMM 76-77 (1988), Pages 385-390

114. V.N. Lazukov, N.N. Tiden, P.A. Alekseev, M.Braden, E.S.Clementyev, E.V. Nefedova, U.Staub, I.P. Sadikov, G. Lapertot, "Influence of single-site and cooperative magnetic effects on phonons in CeNi-based compounds", Physica Status Solidi, 2004, 1, #11

115. N. Marcano, J. C. Gomez Sal, J. I. Espeso, J. M. De Teresa, P. A. Algarabel, C. Paulsen, and J. R. Iglesias, "Mesoscopic Magnetic States in Metallic Alloys with Strong Electronic Correlations: A Percolative Scenario for CeNi^Cu/, Phys. Rev. Lett. 98 (2007), 166406

116. N. Marcano, J. I. Espeso, J. C. Gómez Sal, J. Rodriguez Fernandez, J. Herrero-Albillos

and F. Bartolomé, "Magnetic ground state of CeNij^Cu^: A calorimetric investigation", Phys. Rev. В 71(2005), 134401

117. P.S. Riseborough, "Theory of the dynamic magnetic response of Ce3B¡4Pt3: A heavy-fermion semiconductor", Phys. Rev. В 45(1992), 13984

118. A. Severing, J. D. Thompson, P. C. Canfield, Z. Fisk, and P. Riseborough, "Gap in the magnetic excitation spectrum of Ce3BÍ4Pt3", Phys. Rev. В 44, 6832 (1991)

119. M. F. Hundley, J. D. Thompson, P. C. Canfield and Z. Fisk, "Electronic transport in Ce3Bi4Pt3: evidence for a temperature-dependent hybridization gap", Physica B: Condensed Matter, 199-200 (1994), Pages 443-444

120. P.S. Riseborough, "Collapse of the coherence gap in Kondo semiconductors", Phys. Rev. В 68, 235213 (2003)

121. A.P. Murani, "Observation of /-Band Hybridization Gap in the Anomalous Rare-Earth Compound YbAl3", Phys. Rev. Lett. 54(1985), 1444

122. A. D. Christianson, V. R. Fanelli, J. M. Lawrence, E. A. Goremychkin, R. Osborn, E. D. Bauer, J. L. Sarrao, J. D. Thompson, C. D. Frost, and J. L. Zareslky, "Localized Excitation in the Hybridization Gap in YbAl3", PRL 96(2006), 117206

123. R. Osborn, E.A. Goremychkin, I.L. Sashin and A.P. Murani, "Inelastic neutron scattering study of the spin dynamics of Yb,.xLuxAl3", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 85(1999), p. 5344

124. P. A. Alekseev, I. P. Sadikov. Yu. L. Shitikov, I. A. Markova, O. D. Chistyakov, E. M. Savitskii, J. Kjems, "Crystalline electric field effects in Pr(La, Y)A13". Physica Status Solidi (b) 114 (1982), Pages: 161-167

125. П.А. Алексеев, B.II. Лазуков, И.П. Садиков, А.Ю. Румянцев, "Кристаллическое поле на парамагнитном ионе Рг в соединении с промежуточной валентностью CeNi5", Письма в ЖЭТФ 43 (1986), с. 586

126. В.Н. Лазуков, "Нейтронная спектроскопия Кондо-систем и систем с промежуточной валентностью на основе церия", Диссертация на соискание стен. канд. физ.-мат. наук, Москва 1989, с. 1-126