Термодинамические свойства и параметры кристаллической решетки икосаэдрических боридов редкоземельных элементов RB66 в области 2-300 К Авдащенко, Дмитрий Васильевич

Введение к работе

Актуальность работы. Среди боридов редкоземельных элементов (RB₂, RB₄, RB₆, RBi₂, RB₂₅, RB₅₀, RB₆₆) полибориды RB₆₆ представляют собой особый класс веществ, сочетающих физико-химические свойства тугоплавких кристаллов с характерными электрическими, оптическими и тепловыми свойствами аморфных полупроводников.

В большей части публикаций, посвященных изучению свойств полиборидов РЗЭ, рассматриваются их электрические и оптические свойства. Систематического исследования динамики решетки соединений RB66, их тепловых и магнитных свойств в широком интервале низких температур, включая гелиевые, до последнего времени не проводилось.

Поэтому актуальным является совместное калориметрическое, рентгеновское и магнитометрическое исследования свойств полиборидов RB66 в широком интервале низких температур, изучение закономерностей изменений решеточных, магнитных и других физических характеристик с изменением температуры и порядкового номера РЗ - металла в Периодической системе Д.И. Менделеева.

Целью работы является установление закономерностей температурных изменений параметров фононной, магнонной подсистем боридов RB₆₆, выявление влияния особенностей структуры, положения РЗ - металла в Периодической системе на магнитные, термодинамические свойства, динамику кристаллической решетки икосаэдрических боридов.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. синтез, идентификация и контроль качества образцов боридов RB₆₆;

2. экспериментальное определение температурных изменений теплоемкости изучаемых соединений при температурах 2 - 300 К (для избранных составов - в интервале 0.5 - 50 К); расчет температурных зависимостей энтальпии, энтропии, энергии Гиббса;

3. разделение полной величины теплоемкости боридов на решеточную и магнитную составляющие; расчет и анализ термодинамических характеристик различных вкладов в теплоемкость боридов при низких и повышенных температурах;

4. проведение термодинамического анализа аномалий температурных зависимостей теплоемкости, обусловленных фазовыми превращениями при низких температурах;

5. экспериментальное определение периода кристаллической решетки полиборидов RB₆₆ при температурах 4.2 - 300 К, расчет по этим данным температурных изменений коэффициентов термического расширения;

6. экспериментальное определение температурных изменений намагниченности икосаэдрических боридов RB66 при температурах 2 - 300 К (факультативно для избранных составов в интервале 0.5 - 4 К), определение параметров магнитной подсистемы, сопоставление с результатами калориметрических и рентгеновских исследований.

Научная новизна полученных результатов:

6. 1. впервые определены экспериментальные температурные зависимости теплоемкости боридов RB66 в области 2 - 300 К, рассчитаны температурные изменения энтальпии, энтропии и энергии Гиббса изучаемых соединений, стандартные значения указанных термодинамических функций, характеристики решеточной и магнитной подсистем; выявлены низкотемпературные аномалии изучаемых характеристик, обусловленные процессами магнитного упорядочения и стеклоподобной структурой;

   2. в результате впервые выполненного рентгеновского исследования свойств кристаллической решетки соединений RB66 в интервале температур от жидкого гелия до комнатных определены температурные изменения периода решетки, коэффициента линейного термического расширения;

   3. впервые полученные систематические данные о магнитной восприимчивости РЗ - полиборидов в области 2 - 300 К (для избранных составов - от 0.05 К) позволили установить характер взаимодействия в магнитной подсистеме боридов, совместно с калориметрическими и рентгеновскими данными определить тип магнитоупорядоченной фазы боридов в области самых низких температур.

   Результаты работы имеют практическую и научную значимость. Экспериментальные величины теплоемкости полиборидов при температурах 2-300К, параметров кристаллической решетки и коэффициентов теплового расширения при температурах 5 - 300 К, характеристических термодинамических функций, их стандартных значений, полученные в ходе исследования, могут быть использованы в различных физико-химических расчетах, войдут в справочную литературу. Также соединения RB₆₆ могут быть подходящими кандидатами для изучения сложных механизмов взаимодействия в сильно разбавленных магнитных системах.

   На защиту выносится следующее:

   6. 3. 1. экспериментальные температурные зависимости теплоемкости полиборидов РЗЭ в области 2 - 300 К; экспериментальные температурные зависимости параметра кристаллической решетки боридов RB₆₆ в области 4.2 - 300 K; экспериментальные температурные зависимости намагниченности соединений RB₆₆ в области 0.05 - 300 K;

         2. результаты определения и анализа температурных зависимостей энтальпии, энтропии, энергии Гиббса, температурных изменений решеточного и магнитного вкладов в термодинамические характеристики изучаемых боридов; результаты анализа теплового расширения и магнитной восприимчивости боридов RB₆₆.

         Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены докладами на следующих конференциях: 10^th European Symposium on Thermal Analysis and Calorimetry (Rotterdam, 2010), 2^nd International Conference for Young Scientists "Low Temperature Physics - 2011" (Kharkiv, 2011), Актуальные проблемы физики твердого тела ФТТ-2011 (Минск, 2011), 3^rd International Conference for Young Scientists "Low Temperature Physics - 2012" (Kharkiv, 2012).

         Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 108 наименований, 3 приложений. Содержание диссертации изложено на 153 страницах, включая 100 рисунков и 59 таблиц.

         Похожие диссертации на Термодинамические свойства и параметры кристаллической решетки икосаэдрических боридов редкоземельных элементов RB66 в области 2-300 К

         

         Процессы формирования и электрофизические свойства гетероструктур карбид кремния - твердые растворы на основе карбида кремнияБилалов Билал Аругович

         Закономерности изменения структурных параметров и физических свойств при термомеханической тренировке сплавов NiTi с эффектом памяти формы, контролируемым превращением В2-В19Журин, Сергей Александрович

         

         Топологические свойства и симметрия сверхпроводящего параметра порядка при кулоновском спаривании с большим импульсомЧан Ван Лыонг

         

         Особенности фазовых диаграмм и аномалии свойств при фазовых переходах, описываемых несколькими параметрами порядка Кладенок Лариса Александровна

         Исследование динамических вязкоупругих и акустических свойств жидкостей в зависимости от термодинамических параметров состоянияМирзоаминов, Хайрулло Мирзорахимович

         Исследование свойств сверхпроводников с неоднородной плотностью состояний и анизотропным параметром порядкаФедоров, Николай Кимович

         Разработка методов измерения параметров сверхгладких поверхностей и исследование влияния субнанометровых неровностей на рентгенооптические свойства многослойных структурГусев, Сергей Александрович

         Магнитные свойства многокомпонентных твердых растворов на основе редкоземельных металлов с выборочно варьируемыми параметрамиАдамян, Виктор Еремович

         

         Особенности свойств микронеоднородных сплавов PdMn_x Fe_1-x с взаимодействующими структурными и магнитными параметрами порядка Волкова Наталья Владимировна

         

         Параметры расщепления 3d-оболочки в кристаллическом поле и их связь с магнитными и спектральными свойствами соединений переходных металловСтрельцов Сергей Владимирович