А. А. ЯРОСЛАВЦЕВ
Научный руководитель – А. П. МЕНУШЕНКОВ, д. ф.-м. н., проф.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Связь валентности европия с макроскопическими свойствами EuCu2(SixGe1-x)2
С помощью эффективной методики XANES-спектроскопии с использованием синхротронного излучения показано, что характер изменения валентности европия в сложной системе EuCu2(SixGe1-x)2 в зависимости от состава и температуры неоднороден. Поведение валентности заметно различается в образцах с разным состоянием, обнаруживая корреляцию с другими свойствами вещества.
Система EuCu2(SixGe1-x)2 представляет уникальную среди прочих соединений европия возможность для реализации непрерывного перехода между магнито-упорядоченным (х < 0.65), тяжёлофермионным (0.65 < х < 0.85) и валентно-нестабильным (х > 0.85) состояниями [1,2]. При этом вблизи x~0.7 реализуется состояние типа квантовой критической точки. Несмотря на то, что частичная делокализация и гибридизация f-электрона с электронами проводимости препятствует возникновению магнитного порядка, в работе [2] показано, что в EuCu2(SixGe1-x)2 европий находится в состоянии с промежуточной валентностью даже в антиферромагнитно упорядоченных образцах. Валентность же европия в образце x=1 (EuCu2Si2) без магнитного упорядочения близка к 3+ уже при комнатной температуре [3]. В связи с этим важно сопоставить характер валентных флуктуаций с другими свойствами системы. Целью данной работы было получение подробной картины изменения валентности европия в системе EuCu2(SixGe1-x)2 в зависимости от состава и температуры с помощью эффективного метода спектроскопии околопороговой структуры рентгеновского поглощения (XANES) с использованием синхротронного излучения.
Соединения EuCu2(SixGe1-x)2 различного состава (x=0.6, 0.75, 0.9, 1.0) были приготовлены методом дуговой плавки таким образом, чтобы обеспечить переход европия из состояния с практически локализованным моментом (x=0.6) к состоянию с валентной нестабильностью (x=0.9, 1.0). Спектры рентгеновского поглощения (XANES) были получены на линии A1 накопительного кольца DORIS III (DESY, Гамбург, Германия) выше края поглощения L3-Eu (6977 эВ) в геометрии пропускания в интервале температур 5-300 K с использованием прокачного гелиевого криостата.
Полученные экспериментальные значения эффективной валентности Eu лежат в пределах от 2.27 до 2.87. Во всех образцах при охлаждении наблюдается постепенное увеличение валентности европия, что соответствует постепенному сжатию решётки. Однако в разных образцах форма температурной зависимости валентности явно различается. Составу x=0.6 (EuCu2Si1.2Ge0.8) присуще наименьшее значение и наиболее слабый рост (~ 3.7%) валентности Eu с понижением температуры. Состояние с промежуточной валентностью ~ 2.3 в этом образце действительно сохраняется, несмотря на возникновение магнитного упорядочения при низких температурах, что качественно подтверждает результаты работы [2].
Максимальная валентность Eu наблюдается в образце x=1 (EuCu2Si2). В образце x=0.9 (EuCu2Si1.8Ge0.2) форма температурной зависимости близка к случаю x=1 и сильно отличается от случая x=0.6. Это позволяет предположить, что температурная зависимость валентности Eu является индикатором конкуренции механизмов обменного взаимодействия (образец x=0.6, магнитное упорядочение) и спиновых флуктуаций (образцы x=0.9,1.0, Кондо-эффект, валентная нестабильность), формирующих свойства системы. Это подтверждает форма зависимости валентности в переходном образце EuCu2Si1.5Ge0.5 (x=0.75), которая лежит в области промежуточных значений и испытывает резкий рост (~ 14%) при понижении температуры ниже 150 K. При высокой температуре форма зависимости близка к случаю x=0.6, а при низкой температуре – к случаю x=0.9. Вероятно, при низких температурах в области антиферромагнитного упорядочения по мере увеличения содержания кремния x возникает тенденция к увеличению делокализации 4f-электрона за счёт спиновых флуктуаций. До значения x~0.7 это увеличение сдерживается механизмом обменного взаимодействия. Но затем валентность Eu резко возрастает, что становится уже несовместимо с магнетизмом.
Кроме того, мы предложили схему вычисления температуры TV, при которой происходит максимальный рост валентности европия, соответствующий делокализации f-электрона. Обнаружено, что температура TV согласуется с характерными температурами системы [2] как в образце с антиферромагнитным упорядочением (температура Нееля, TN), так и в образцах с эффектом Кондо и валентной нестабильностью.
Список литературы
1. Levin E. M., Kuzhel B. S., Bodak O. I., Belan B. D., and Stets I. N. //Phys. Status Solidi B., 1990. Vol. 161. p. 783.
2. Hossain Z., Geibel C., et al. //Phys. Rev. B., 2004. Vol. 69. 014422.
3. Alekseev P. A., Chernikov R. V., Klementiev K. V., Lazukov V. N., and Menushenkov A. P. //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2005. Vol. 543. p. 202-204.
