HoCо YCо

Караман И.Д., Хананина Т.С.
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЕДИНЕНИЙ
HoCо3 И YCо3
В работе представлены результаты измерений теплоѐмкости интерметаллических соединений в интервале температур 4,2 ÷ 300 К. Проведена классификация фазовых переходов при спин-ориентации магнитных моментов атомов из базисной плоскости вдоль оси с. По магнитному вкладу в теплоѐмкость
оценены константы обменного взаимодействия, которые согласуются с данными, полученными нейтронографическими измерениями.
Интерметаллическое соединение HoCо3 является ферримагнетиком в интервале температур от 4,2 К
до температуры Кнери 530 К, т.е. в интервале существования магнитного порядка. В соединении в
указанном интервале происходят магнитные превращения.
Соединение YCо3 является парамагнетиком в ряду соединений RCо3 ( R- редкоземельный металл), и
исследование его проводилось как соединения, не имеющего магнитного вклада при нейтронографических термодинамических исследованиях.
По магнитным и нейтронографическим измерениям в соединении
b
ных моментов в базисной плоскости от оси
HoCо3 происходит поворот магнит-
к оси a и отклоняется от базисной плоскости на угол
15o , при этом реализуется магнитная фаза с тремя ОЛН (оси легкого намагничивания), не совпадающими с основными кристаллографическими осями. Это «скошенное» магнитное состояние сохраняется до
5
205 К. В интервале 205 – 235 К (в поле H=3,2×10 Ф-А/м ) происходит дальнейшая переориентация ОЛН
к оси с .
Изучение таких термодинамических функций магнетиков, как теплоемкость представляет особый интерес, так как позволяет обнаружить магнитные фазовые переходы и установить их границы.
В работе были измерены теплоемкости интерметаллидов
– 300 К без приложения внешнего магнитного поля.
HoCо3 и YCо3 в интервале температур 4,2
В общем случае теплоемкость твердого тела при постоянном давлении
С p 
может быть выражена
суммой вкладов:
С p  CL  Ce  Cм  Сяд  .
где
СL - теплоемкость решетки, ответственная за тепловые колебания атомов решетки; Ce C м - магнитный вклад; С яд - ядерный вклад;  - поправка на расширение
электронный вклад;
   С р  Сv  ;
Cv - теплоемкость при постоянном объеме.
Следует отметить, что при низких температурах величина  мала и не превышает 2 – 3% от общей
теплоемкости при комнатных температурах. Для большого числа магнитоупорядоченных соединений поправка на расширение составляет:
  1,5  104 TC p .
Ядерный вклад в теплоемкость в виде полинома:
Cяд  АТ 2  ВТ 3  DT 4 .
 и C яд в интервале температур 4,2 – 300 К малы по сравнению с решеточной и электронной составляющей, и поэтому их не учитывали.
В области низких температур обычно доминирует электронный вклад

Се . Для металлов Се   Т , где
- коэффициент электронной теплоемкости.
Решеточный вклад определяется через функцию Дебая, при низких температурах имеет вид:
T
12
СL   4 R 
T
5
 Д
где
3

3
   Т ,

R - универсальная газовая постоянная; TД - температура Дебая.
Температура Дебая вычислялась по измеренным скоростям распространения продольных
речных
Vt
звуковых волн при комнатной температуре:
1/3
h  9N 
TД  

kБ  4V 
где
ке (в
Ve и попе-
 1
2 
  3  3 
 Ve Vt 
1/3
,
h - постоянная Планка; k Б - постоянная Больцмана; N - число атомов в элементарной ячей-
HoCо3 N  36 ).
Рассчитанное значение
TД  287 К .
Температура и рассчитанные коэффициенты
Таблица 1
Соединение
3
  10
1
Дж  моль  к
HoCо3
47  0,002
2

и

представлены в табл 1.
ТД , к
  103
1 4
Дж  моль к
-
0,400
287  5
251  5
55  0,002
YCо3
На рис. 1 представлены графики измеренных теплоемкостей соединений
Ср
Т
от
и
YCо3 , а также
Т 2 , по которым определялся коэффициент  .
80
20
60
15
40
cp /T ·10 2, Дж ·моль-1К-2
cp , Дж ·моль-1К-1
графики
HoCо3
10
5
20
0
0
50
100
100
200
2
T ,K
2
300
Рис. 1. Теплоѐмкость соединений HoCо3 ( ) и YCо3 ( )
По результатам измеренной зависимости теплоемкости от температуры был выделен большой магнит-
HoCо3 . По видам аномалий на кривой См (Т ) был сделан вывод о том, что
они соответствуют двум этапам спин-ориентационного перехода в HoCо3 . Первый этап перехода (при
ный вклад в теплоемкость
 55 К) соответствует фазовому переходу 1-го рода, а переход в интервале 210 – 235 К двумя фазовыми переходами 2-го рода.
Совместный анализ нейтронографических и калориметрических данных также позволили установить
обменные интегралы, необходимые для описания магнитного состояния
HoCо3 .