РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ Получения и исследования (R,U)M4Al8 соединений
2.1. Методы получения образцов
В данной работе исследовались поликристаллические (LuFe4Al8, ScFe4Al8,
CeFe4Al8, YbFe4Al8, YMn4Al8, YCr4Al8, CeCr4Al8, UCu4Al8, LaAg6In6 и PrAg6In6) и
монокристаллические (YFe4Al8, ScFe4Al8 и UFe4Al8) образцы со структурой типа
ThMn12. Поликристаллы со структурой ThMn12 были изготовлены в W. Trzebiatowski
Institute of Low Temperatures and Structure Research, Polish Academy of
Sciencies, International Laboratory of High Magnetic Fields and Low
Temperatures (Poland) и Факультете Неорганической Химии Львовского
государственного университета им. И. Франко. Монокристаллы YFe4Al8, ScFe4Al8 и
UFe4Al8 были выращены в A. Cheіkowski Institute of Physics, Silesian University
(Poland). При необходимости образцы дополнительно гомогенизировались отжигом
нами во ФТИНТ НАНУ.
Поликристаллы соединений с кристаллической структурой типа ThMn12 были
приготовлены методом электродуговой плавки в атмосфере чистого аргона.
Использовались металлы чистотой не ниже . Потери веса, полученных в процессе
плавки слитков, не превышали . С целью гомогенизации слитки переплавлялись
несколько раз, помещались в кварцевую ампулу и отжигались в среде аргона при в
течении 2 – 8 недель. Согласно рентгеноструктурным исследованиям основная фаза
в данных поликристаллах – ThMn12. Количество примесных фаз не превышало .
Согласно литературным данным [36, 37], количество примесных фаз порядка
нескольких процентов часто присутствует в сплавах со стехиометрией вследствие
имеющей место неконгруэнтности плавки исходных компонентов. Как правило, эти
фазы почти полностью убираются в процессе длительного отжига (от 2-х до 8
недель) при высоких температурах (600 – 800 °С).
Монокристаллы были выращены методом Чохральского –вытягиванием из
стехиометрического расплава исходных металлов. Рост кристаллов происходил вдоль
кристаллографической оси а тетрагональной решетки. Полученные монокристаллы
имели форму цилиндра с диаметром 2.1 мм в YFe4Al8, 3.5 мм в ScFe4Al8, 2.6 мм в
UFe4Al8 и длиной 4.7 мм в YFe4Al8, 7.7мм в ScFe4Al8, 7.6 мм в UFe4Al8.
Необходимо отметить, что в процессе роста из расплава существовала вероятность
получения монокристаллов с небольшими отклонениями от заданной стехиометрии (в
сторону больших концентраций Fe, например ), которые очень сложно выявить с
помощью рентгеноструктурных методов. Одной из причин таких отклонений, как и в
случае поликристаллов, может быть неконгруэнтность плавки исходных компонентов
[36].
2.2. Методика исследования теплоемкости в интервале температур 1.5 – 300 К с
использованием адиабатического калориметра
Многие модельные представления и теории, разрабатываемые в физике
конденсированного состояния, строят и проверяют, основываясь на данных
температурной зависимости теплоемкости.
Методы измерения теплоемкости весьма разнообразны: адиабатический,
изотермический, метод стационарного теплового потока, дифференциальная
термометрия и др. Среди перечисленных методов наибольшее распространение
получил, избранный нами, метод вакуумного адиабатического калориметра с
дискретным вводом тепла [71-73]. Данный метод позволяет измерять теплоемкость с
высокой точностью. Погрешность измерений Ј в интервале температур 2 – 10 К, в
интервале 10 – 20 К и 0.2 – выше 20 К, для чего требуется сведение к минимуму
теплопотерь за счет излучения, теплопроводности вдоль проводов и по остаточному
газу. Для уменьшения до пренебрежимо малой величины конвективного теплообмена
создают вакуум не ниже 10-5 мм.рт.ст. Радиационный перенос тепла снижается за
счет хромирования и полировки поверхностей калориметра и адиабатных оболочек,
что обеспечивает высокую отражательную способность элементов. Для уменьшения
переноса тепла за счет теплопроводности поперечные сечения и длина подводящих
проводов выбираются таким образом, чтобы обеспечить минимальный теплоподвод от
комнатных до гелиевых температур [72, 73].
В адиабатических калориметрах устранение теплообмена между образцом и
окружающей средой, т.е. создание адиабатических условий, обеспечивается с
помощью тепловых экранов, окружающих калориметрическую ячейку. Система
регулирования температуры экранов гарантирует ее равенство с температурой
образца в течение всего процесса калориметрирования [72].
Весь эксперимент в случае метода вакуумного адиабатического калориметра
сводится к охлаждению образца до заданной температуры, тепловой изоляции его от
окружающих тел, подведению тепла к калориметру и образцу, поддержанию
адиабатических условий и обеспечению точного измерения температуры [72].
2.2.1. Конструкция прецизионной калориметрической установки [74]. Установка,
схема которой представлена на рис.2.1, состоит из калориметра 1, вакуумного
стакана 2, тепловых экранов 3, 4 и криостата, включающего в себя металлическую
капку 5, верхняя часть которой жестко крепится на массивной металлической
стойке 6, а нижняя часть служит для крепления металлических дьюаров – гелиевого
7 и азотного 8 .
Вакуумная камера 2 связана через так называемую “вентильную коробку” 9 с
системой насосов и с устройством, дозирующим теплообменный газ (гелий),
используемый при охлаждении образца до гелиевой температуры. Высокий вакуум
порядка 10-6 мм.рт.ст. достигается с помощью диффузионного
Рис. 2.1. Схема калориметрической установки.
1 – калориметр;
8 – азотный дьюар;
2 – вакуумный стакан;
9 – вентильная коробка;
3, 4 – тепловые экраны;
10 - диффузионный паромасляный насос;
5 – металлическая капка;