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: 1,5 104 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 4V 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 103 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 .