Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов
Исследовано взаимодействие соединений RNi с водородом и влияние гидрирования на магнитные свойства этих интерметаллидов. Тройные гидриды составов GdNiH₃.₂, TbNiH₃.₄, DyNiH₃.₄, SmNiH₃.₇ были получены гидрированием исходных соединений при температуре 297 К и давлении водорода менее 1 атм. Тройные гидр...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2010
|
| Series: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/72563 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов / Ю.Л. Ярополов, В.Н. Вербецкий, С.А. Никитин, А.С. Андреенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 2. — С. 271-275. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-72563 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-725632014-12-26T03:01:56Z Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов Ярополов, Ю.Л. Вербецкий, В.Н. Никитин, С.А. Андреенко, А.С. Исследовано взаимодействие соединений RNi с водородом и влияние гидрирования на магнитные свойства этих интерметаллидов. Тройные гидриды составов GdNiH₃.₂, TbNiH₃.₄, DyNiH₃.₄, SmNiH₃.₇ были получены гидрированием исходных соединений при температуре 297 К и давлении водорода менее 1 атм. Тройные гидриды обладают орторомбической структурой типа CrB (пространственная группа Cmcm). Установлено, что внедрение водорода в структуру интерметаллических соединений RNi приводит к значительному увеличению объёма металлической матрицы, ослаблению ферромагнитного взаимодействия и понижению парамагнитной температуры Кюри. Досліджено взаємодію сполук RNi з воднем і вплив гідрування на магнетні властивості цих інтерметалідів. Потрійні гідриди сполук GdNiH₃.₂, TbNiH₃.₄, DyNiH₃.₄, SmNiH₃.₇ одержано гідруванням вихідних сполук за температури 297 К і тиску водню менш 1 атм. Потрійні гідриди мають орторомбічну структуру типу CrB (просторова група Cmcm). Встановлено, що втілення водню в структуру інтерметалідних сполук RNi призводить до значного збільшення об’єму металевої матриці, ослаблення феромагнетної взаємодії й зниження парамагнетної Кюрійової температури. Interaction of RNi compounds with hydrogen and influence of hydrogenation on magnetic properties of these intermetallics are studied. Ternary hydrides with compositions GdNiH₃.₂, TbNiH₃.₄, DyNiH₃.₄, SmNiH₃.₇ have been produced by hydrogenation of source compounds at temperature of 297 K and pressure of hydrogen less than 1 atm. Ternary hydrides possess orthorhombic structure of CrB type (Cmcm space group). As revealed, the hydrogen introduction into structure of RNi intermetallic compounds results in substantial growth of volume of a metal matrix, reduction of the ferromagnetic interaction, and lowering of paramagnetic Curie temperature. 2010 Article Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов / Ю.Л. Ярополов, В.Н. Вербецкий, С.А. Никитин, А.С. Андреенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 2. — С. 271-275. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 61.05.cp, 61.46.Hk, 75.20.En, 75.30.Cr, 75.40.Cx http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/72563 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Исследовано взаимодействие соединений RNi с водородом и влияние гидрирования на магнитные свойства этих интерметаллидов. Тройные гидриды составов GdNiH₃.₂, TbNiH₃.₄, DyNiH₃.₄, SmNiH₃.₇ были получены гидрированием исходных соединений при температуре 297 К и давлении водорода менее 1 атм. Тройные гидриды обладают орторомбической структурой типа CrB (пространственная группа Cmcm). Установлено, что внедрение водорода в структуру интерметаллических соединений RNi приводит к значительному увеличению объёма металлической матрицы, ослаблению ферромагнитного взаимодействия и понижению парамагнитной температуры Кюри. |
| format |
Article |
| author |
Ярополов, Ю.Л. Вербецкий, В.Н. Никитин, С.А. Андреенко, А.С. |
| spellingShingle |
Ярополов, Ю.Л. Вербецкий, В.Н. Никитин, С.А. Андреенко, А.С. Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| author_facet |
Ярополов, Ю.Л. Вербецкий, В.Н. Никитин, С.А. Андреенко, А.С. |
| author_sort |
Ярополов, Ю.Л. |
| title |
Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов |
| title_short |
Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов |
| title_full |
Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов |
| title_fullStr |
Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов |
| title_full_unstemmed |
Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов |
| title_sort |
парамагнитная восприимчивость имс rni (r = sm, tb, gd, dy) и их гидридов |
| publisher |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| publishDate |
2010 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/72563 |
| citation_txt |
Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy) и их гидридов / Ю.Л. Ярополов, В.Н. Вербецкий, С.А. Никитин, А.С. Андреенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 2. — С. 271-275. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| work_keys_str_mv |
AT âropolovûl paramagnitnaâvospriimčivostʹimsrnirsmtbgddyiihgidridov AT verbeckijvn paramagnitnaâvospriimčivostʹimsrnirsmtbgddyiihgidridov AT nikitinsa paramagnitnaâvospriimčivostʹimsrnirsmtbgddyiihgidridov AT andreenkoas paramagnitnaâvospriimčivostʹimsrnirsmtbgddyiihgidridov |
| first_indexed |
2025-07-05T21:20:18Z |
| last_indexed |
2025-07-05T21:20:18Z |
| _version_ |
1836843447800037376 |
| fulltext |
271
PACS numbers: 61.05.cp, 61.46.Hk, 75.20.En, 75.30.Cr, 75.40.Cx
Парамагнитная восприимчивость ИМС RNi (R = Sm, Tb, Gd, Dy)
и их гидридов
Ю. Л. Ярополов, В. Н. Вербецкий, С. А. Никитин, А. С. Андреенко
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова,
Ленинские горы,
119991, ГСП-1, Москва, Россия
Исследовано взаимодействие соединений RNi с водородом и влияние гидри-
рования на магнитные свойства этих интерметаллидов. Тройные гидриды
составов GdNiH3.2, TbNiH3.4, DyNiH3.4, SmNiH3.7 были получены гидрирова-
нием исходных соединений при температуре 297 К и давлении водорода ме-
нее 1 атм. Тройные гидриды обладают орторомбической структурой типа CrB
(пространственная группа Cmcm). Установлено, что внедрение водорода в
структуру интерметаллических соединений RNi приводит к значительному
увеличению объёма металлической матрицы, ослаблению ферромагнитного
взаимодействия и понижению парамагнитной температуры Кюри.
Досліджено взаємодію сполук RNi з воднем і вплив гідрування на магнетні
властивості цих інтерметалідів. Потрійні гідриди сполук GdNiH3.2,
TbNiH3.4, DyNiH3.4, SmNiH3.7 одержано гідруванням вихідних сполук за те-
мператури 297 К і тиску водню менш 1 атм. Потрійні гідриди мають орторо-
мбічну структуру типу CrB (просторова група Cmcm). Встановлено, що вті-
лення водню в структуру інтерметалідних сполук RNi призводить до знач-
ного збільшення об’єму металевої матриці, ослаблення феромагнетної взає-
модії й зниження парамагнетної Кюрійової температури.
Interaction of RNi compounds with hydrogen and influence of hydrogenation
on magnetic properties of these intermetallics are studied. Ternary hydrides
with compositions GdNiH3.2, TbNiH3.4, DyNiH3.4, SmNiH3.7 have been produced
by hydrogenation of source compounds at temperature of 297 K and pressure
of hydrogen less than 1 atm. Ternary hydrides possess orthorhombic structure
of CrB type (Cmcm space group). As revealed, the hydrogen introduction into
structure of RNi intermetallic compounds results in substantial growth of vol-
ume of a metal matrix, reduction of the ferromagnetic interaction, and lower-
ing of paramagnetic Curie temperature.
Ключевые слова: интерметаллиды редкоземельных металлов, водород,
гидриды металлов, магнитные свойства.
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2010, т. 8, № 2, сс. 271—275
© 2010 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
272 Ю. Л. ЯРОПОЛОВ, В. Н. ВЕРБЕЦКИЙ, С. А. НИКИТИН, А. С. АНДРЕЕНКО
(Получено 15 апреля 2010 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
Интерметаллические соединения редкоземельных и переходных ме-
таллов вызывают большой интерес благодаря возможности примене-
ния во многих областях. В последнее время значительное внимание
уделяется разработке магнетокалорических материалов, использую-
щихся для создания магнитных холодильников. Благодаря большим
магнитным моментам тяжелые редкоземельные элементы и их соеди-
нения считаются наиболее подходящими материалами для достиже-
ния больших значений магнетокалорического эффекта (МКЭ).
Наше внимание привлекли соединения типа RNi (R – РЗМ). Эти
соединения ранее были исследованы довольно подробно, однако
данных по свойствам гидридов таких интерметаллидов практиче-
ски нет. ИМС RNi являются ферромагнетиками с температурами
Кюри ниже 78 К. Эффективные магнитные моменты этих соедине-
ний в расчете на формульную единицу близки к значениям момен-
тов свободных ионов РЗМ [1, 2]. Кроме того, известно, что соедине-
ния GdNi, HoNi, ErNi, DyNi [3, 4] обладают большими значениями
магнетокалорического эффекта вблизи температуры упорядочения.
Известно, что никель образует эквиатомные соединения RNi со
всеми редкоземельными элементами. Среди этих соединений только
YNi кристаллизуется в пространственной группе P21/c. Также выде-
ляется ИМС TbNi. В зависимости от способа получения, TbNi может
кристаллизоваться в пространственных группах Pnma или P21/m.
Остальные соединения RNi обладают либо структурой CrB-типа (ПГ
Cmcm) либо структурой типа FeB (ПГ Pnma) [1, 2]. Несмотря на эти
различия, соединения RNi образованы из одинаковых структурных
элементов – тригональных призм с атомами никеля в центре и ато-
мами РЗМ по вершинам, которые, различным образом располагаясь
в пространстве, образуют эти структурные типы.
Взаимодействие ИМС RNi с водородом на данный момент исследо-
вано не очень подробно. Известно, что интерметаллиды RNi взаимо-
действуют с водородом в относительно мягких условиях (комнатная
температура и низкие давления водорода) и поглощают около трех
атомов водорода на формульную единицу соединения. Практически
все гидриды этих соединений кристаллизуются в структурном типе
CrB.
В данной работе было проведено исследование взаимодействия во-
дорода с соединениями GdNi (CrB-тип), DyNi (FeB-тип), TbNi (струк-
турный тип TbNi, низкотемпературная модификация) и SmNi (CrB-
тип), а также исследование магнитных свойств этих ИМС и их гид-
ридов.
ПАРАМАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ИМС RNi И ИХ ГИДРИДОВ 273
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Интерметаллиды RNi были получены сплавлением шихты из ис-
ходных компонентов в электродуговой печи с нерасходуемым
вольфрамовым катодом на медном поду с водяным охлаждением.
Плавку проводили в атмосфере чистого аргона с использованием
титанового геттера. Для повышения гомогенности образцы пере-
плавляли 2—3 раза. В качестве исходных компонентов использова-
лись: Ni (99,99%) и редкоземельные металлы (99,9%).
Синтез гидридов проводили в установке типа Сивертса при давле-
ниях водорода до 10 атм и при комнатной температуре. Состав полу-
ченных гидридов рассчитывался по уравнению Ван-дер-Ваальса.
Для определения фазового состава и параметров элементарной
ячейки интерметаллидов и гидридов применялся рентгенографиче-
ский анализ. Съемка образцов проводилась на рентгеновском ди-
фрактометре «Дрон-2» с использованием CuKα излучения, а расчет
структурных параметров осуществлялся в программе Jana-2000.
Взаимодействие водорода с GdNi, TbNi, DyNi и SmNi протекает
довольно легко при относительно низких давлениях водорода (дав-
ление в ходе гидрирования было около 1 атм.) и при комнатной
температуре. Тройные гидриды этих интерметаллидов обладают
структурой типа CrB. В случае соединений GdNi и SmNi внедрение
атомов водорода приводит лишь к расширению элементарной ячей-
ки без изменения структуры соединений. В случае TbNi и DyNi об-
разование гидридов, кроме того, сопровождается изменением
структуры металлической подрешетки (переходом от структуры
типа FeB к структуре CrB-типа). Это согласуется с имеющимися
данными по тройным гидридам других ИМС RNi [7—11]. На рентге-
нограмме образца SmNiH3.7 кроме линий основной фазы присутст-
вовали небольшие пики примесной фазы, которая была идентифи-
цирована как гидрид самария состава SmH2. Параметры ячеек
тройных гидридов приведены в табл. 1.
Измерения намагниченности проводили на вибрационном магне-
тометре в интервале температур от ∼ 78 К до комнатной на образцах
массой 150—400 мг в виде таблеток (гидриды) или сплавов (ИМС).
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
При измерениях намагниченности образцов оказалось, что темпера-
туры магнитных переходов ниже температуры кипения жидкого азо-
та. Основное внимание было уделено изучению магнитных свойств в
парамагнитной области. Было установлено, что магнитная воспри-
имчивость образцов (кроме SmNi и SmNiH3.7) в интервале температур
78—300 К изменяется в соответствии с законом Кюри—Вейсса
χ = C/(T − Θ) , что позволяет оценить значения парамагнитной темпе-
274 Ю. Л. ЯРОПОЛОВ, В. Н. ВЕРБЕЦКИЙ, С. А. НИКИТИН, А. С. АНДРЕЕНКО
ратуры Кюри ΘР и рассчитать соответствующие значения эффектив-
ных магнитных моментов μэфф, приходящихся на формульную еди-
ницу соединения (табл. 2).
В целом, рассчитанные значения магнитных моментов для интер-
металлических соединений совпадают с приведенными в литературе
данными. При этом они практически не меняются в ходе гидрирова-
ния и очень близки к значениям магнитных моментов свободных ио-
нов редкоземельных металлов. Это, по-видимому, свидетельствует о
том, что никель в этих соединениях немагнитен, и магнитные свойст-
ва соединений RNi обусловлены только вкладом атомов РЗМ.
Влияние водорода на свойства соединений GdNi, TbNi и DyNi сво-
дится в основном к ослаблению ферромагнитного взаимодействия в
указанных интерметаллидах и понижению температур магнитных
переходов соответствующих соединений (табл. 2). Это эксперимен-
тально проявляется в сильном снижении парамагнитных темпера-
ТАБЛИЦА 1. Параметры структуры ИМС RNi и гидридов.
Состав Структура Параметры ячейки, Å Z V, Å3 ΔV/V,
%
GdNi
GdNiH3.2
CrB
CrB
a = 3,778(4), b = 10,337(6), c = 4,238(5)
a = 3,767(2), b = 11,576(7), c = 4,733(3)
4
4
165,54(3)
206,45(2)
–
24,7
TbNi
TbNiH3.4
TbNi (НТ
*)
CrB
a = 21,31(2), b = 4,211(4), c = 5,454(2),
β = 97,43°
a = 3,740(2), b = 11,435(6), c = 4,671(3)
12
4
485,48(4)
199,8(2)
–
21,4
DyNi
DyNiH3.4
FeB
CrB
a = 7,025(4), b = 4,181(3), c = 5,445(2)
a = 3,711(2), b = 11,325(4), c = 4,618(2)
4
4
159,94(2)
194,1(2)
–
21,4
SmNi
SmNiH3.7
CrB
CrB
a = 3,782(3), b = 10,375(4), c = 4,301(2)
a = 3,791(2), b = 11,644(4), c = 4,761(2)
4
4
168,76(3)
210,15(2)
–
24,5
*Низкотемпературная модификация TbNi (пр. гр. P21/m).
ТАБЛИЦА 2. Магнитные свойства ИМС RNi и гидридов (μэфф. – значе-
ния эффективных магнитных моментов соединений в расчете на атом
РЗМ; μ(R) – магнитные моменты свободных ионов Ln3+).
R μэфф., μB μ(R), μB ΘP, К TC, К
SmNi
SmNiH3.7
–
–
–
–
0,71
–
–
–
–
45 [1]
–
GdNi
GdNiH3.2
8,3
7,5
7,8—8,1 [1, 4]
–
7,0
80
21
77 [1]
–
69—71 [1, 4]
–
TbNi
TbNiH3.4
10,0
10,3
9,7 [1]
–
9,0
56
−12
40 [1]
–
52 [1]
–
DyNi
DyNiH3.4
10,3
10,1
10,7 [1]
–
10,0
51
3
64 [1]
–
59–62 [1, 3]
–
ПАРАМАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ИМС RNi И ИХ ГИДРИДОВ 275
тур Кюри, которые характеризуют величину обменных взаимодей-
ствий. Исчезновение магнитного момента в 3d-подрешетке в этих со-
единениях можно объяснить заполнением 3d-зоны никеля электро-
нами, которые отдают атомы водорода в энергетические зоны метал-
лической матрицы. Электронная оболочка атомов никеля (3d8) близ-
ка к завершенной, и появление дополнительных электронов в 3d-
зоне приводит к её заполнению: число 3d-электронов со спином + 1/2
становится равным числу электронов со спином −1/2. В результате
этого магнитный момент 3d-подсистемы становится исчезающе ма-
лым, обменное взаимодействие сильно уменьшается, а основной
вклад в магнетизм вносит подсистема атомов редкоземельных ме-
таллов.
Магнитные свойства соединений SmNi и SmNiH3.7 отличаются от
свойств вышеописанных образцов. В данном случае намагничен-
ность гидрида при прочих равных условиях выше, чем у интерме-
таллида. Кроме того, полевая зависимость намагниченности гидри-
да сильно нелинейна как при 78 К, так и при комнатной температу-
ре. Температурные зависимости обратной восприимчивости SmNi и
гидрида также нелинейны и не могут быть описаны в рамках зако-
на Кюри—Вейсса, что не позволяет рассчитать значения эффектив-
ных магнитных моментов и парамагнитные температуры Кюри для
этих соединений.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. R. E. Walline and W. E. Wallace, J. Chem. Phys., 41, No. 6: 1587 (1964).
2. D. Gignoux, Journal de Physique, 35: 455 (1974).
3. S. K. Tripathy, K. G. Suresh, R. Nirmala, A. K. Nigam, and S. K. Malik,
Solid State Communications, 134, No. 5: 323 (2005).
4. P. Kumar, K. G. Suresh, A. K. Nigam, and O. Gutfleisch, J. Phys. D: Appl.
Phys., 41: 245006 (2008).
|