Л Ромака, Б Кужель, Ю Стадник - Електричні властивості сполук rnisn2 (r = y, gd, tb, dy, er, tm) - страница 1

Страницы:
1  2 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

Серія хім. 2010. Bun. 51. С. 122-127

VISNYKLVIV UNIV. Ser. Chem. 2010. Is. 51. P. 122-127

УДК 548.736.4:538.214:537.312.3

ЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СПОЛУК RNiSn2 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Er, Tm)

Л. Ромака, Б. Кужель, Ю. Стадник

Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна e-mail: romakal@franko.lviv.ua

Досліджено електротранспортні властивості сполук RNiSn2 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Er, Tm) в інтервалі температур 4-300 К. Досліджені сполуки характеризуються металічним типом провідності та малими значеннями термо-е.р.с. Для сполук з Gd, Tb та Dy проаналізовано зв'язок магнітних та електричних властивостей.

Ключові слова: інтерметаліди, питомий електроопір, термо-е.р.с.

Дослідження потрійних систем R-Ni-Sn (R - рідкісноземельні елементи) дало можливість встановити наявність серії ізотипних сполук складу RNiSn2. Для сполук за участю рідкісноземельних металів підгрупи Церію характерний структурний тип CeNiSi2 (просторова група Cmcm) [1], інтерметаліди RNiSn2 ітрієвої підгрупи кристалізуються у структурному типі LuNiSn2 (просторова група Pnma) [2, 3]. У праці [4] вивчено магнітні властивості сполук RNiSn2 (R = Gd-Tm, Lu) в інтервалі температур 78-293 K та доведено, що вони є парамагнетиками Кюрі-Вейса, за винят­ком станіду LuNiSn2, який при 293 K діамагнітний. Подальші дослідження магнітної поведінки сполук RNiSn2, де R = Tb, Dy, Ho, в області температур 2-300 K засвід­чили, що вказані станіди характеризуються антиферомагнітним впорядкуванням за низьких температур, а дослідження з використанням методу нейтронографії підтвер­дили належність сполук до структурного типу LuNiSn2, локалізацію магнітних моментів тільки на атомах рідкісноземельних металів [5].

Відомо, що на електротранспортних характеристиках інтерметалічних сполук за участі рідкісноземельних металів підгрупи Ітрію виявляються, зокрема, особли­вості магнітного стану сполуки. Відбувається це через зміни механізмів розсіювання електронів залежно від наявності чи відсутності магнітного компонента у сполуці, величини та природи просторової орієнтації магнітних моментів тощо. Тому вивчен­ня електричних властивостей інтерметалідів слугує додатковим підтвердженням їхнього магнітного впорядкування або його відсутності.

У цій праці подано результати дослідження електричних властивостей станідів RNiSn2 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Er, Tm) в інтервалі температур 4-300 K.

Зразки складу R25Ni25Sn50, де R = Y, Gd, Tb, Dy, Er, Tm, готували шляхом сплавлення шихти вихідних компонентів (вміст основного компонента не нижчий за 99,9 мас. %) в атмосфері очищеного аргону. Сплави запаювали у вакуумовані кварцові ампули та відпалювали при 770 K протягом 720 год з подальшим гартуван­ням у холодній воді без попереднього розбивання ампул. Рентгенофазовий аналіз про-

© Ромака Л., Кужель Б., Стадник Ю., 2010проводили за дифрактограмами зразків, знятих на дифрактометрі ДРОН-2,0м (FeKa-випромінювання). Для розрахунку періодів ґратки використовували комплекс прог­рам CSD [6]. Для дослідження електричних властивостей використовували зразки правильної геометричної форми, виготовлені із застосуванням електроіскрової різки. Поміри температурних залежностей питомого електроопору (двозондовий метод, інтервал температур 2-300 К та 4-300 К для сполук з Y, Gd, Tb і Dy, Er, Tm, відповідно), та диференціальної термо-е.р.с. (стосовно міді в інтервалі температур 4-300 K) виконані в Науково-навчальному центрі Фрактал.

Згідно з рентгенофазовим аналізом, синтезовані зразки RNiSn2 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Er, Tm) належать до структурного типу LuNiSn2 (просторова група Pnma). Як приклад в табл. 1 подано результати уточнення структури для сполуки DyNiSn2, експериментальну, теоретичну та різницеву дифрактограми зображено на рис. 1.

Таблиця 1

Параметри атомів у структурі DyNiSn2 (a = 1,59983(7), b = 0,44109(2), с = 1,45348(6) нм, RBragg = 0,100, Rp = 0,126, Rwp = 0,167)

Атом

ПСТ

x/a

y/b

z/c

Візо 102 нм2

Dy1

4c

0,8496(2)

1/4

0,5301(2)

0,44(3)

Dy2

4c

0,3732(2)

1/4

0,2304(2)

0,44(3)

Dy3

4c

0,1466(1)

1/4

0,1099(2)

0,44(3)

Ni1

4c

0,5518(3)

1/4

0,8920(5)

0,67(9)

Ni2

4c

0,8034(4)

1/4

0,7508(5)

0,67(9)

Ni3

4c

0,2975(5)

1/4

0,4585(6)

0,67(9)

Sn1

4c

0,1832(2)

1/4

0,3258(2)

0,48(2)

Sn2

4c

0,4520(2)

1/4

0,4508(2)

0,48(2)

Sn3

4c

0,0171(2)

1/4

0,4203(2)

0,48(2)

Sn4

4c

0,7137(2)

1/4

0,8940(2)

0,48(2)

Sn5

4c

0,9695(8)

1/4

0,7597(2)

0,48(2)

Sn6

4c

0,6733(2)

1/4

0,6294(2)

0,48(2)

Електротранспортні властивості (температурні залежності питомого електро­опору (р(Т)) та термоелектрорушійної сили (а(Т)) досліджені для сполук RNiSn2, де R = Y, Gd, Tb, Dy, Er, Tm. У зв'язку з певними труднощами при виготовленні зразків, придатних для помірів електричних властивостей, зразки з Ho i Lu не досліджували. Згідно з температурними залежностями питомого електроопору, представленими на рис. 2, 3, значення р для досліджених сполук зростають майже лінійно з підвищен­ням температури. Вигляд температурних залежностей р(Т) та невеликі значення питомого електроопору (порядку 0,1-1,3 мкОм-м) доводять, що для всіх досліджених станідів RNiSn2 характерний металічний тип провідності в заданому температурному інтервалі. Для сполуки YNiSn2, яка містить немагнітний Y, властиві значно менші значення питомого електроопору (0,08-0,6 мкОм-м). В області низьких температур

Рис. 1. Теоретична (суцільна лінія), експериментальна (точки) та різни­цева (внизу) дифрактограми зразка складу Dy25Ni25Sn50

для станідів з магнітними рідкісноземельними елементами (R = Gd, Tb, Dy) на залеж­ностях р(Т) простежується чіткий максимум (рис. 2, 3), що відповідає антиферо-магнітному переходу на температурних залежностях магнітних властивостей сполук з Tb i Dy, вивчених у праці [5], а також передбачає антиферомагнітне впорядкування для станіду GdNiSn2 за низьких температур (табл. 2).

Рис. 2. Температурні залежності питомого електроопору сполук: 1 - GdNiSn2; 2 - TbNiSn2; 3 - YNiSn2

1,0"

0 50 100 150 200 250

Г(К)

Рис. 3. Температурні залежності питомого електроопору сполук: 1 - TmNiSn2; 2 - ErNiSn2; 3 - DyNiSn2

Таблиця 2

Температури впорядкування для сполук RNiSn2 (R = Gd, Tb, Dy)

Сполука

Tn (K)

 

 

 

R"

GdNiSn2

 

 

6,7

TbNiSn2

5,2

 

8,2

DyNiSn2

6,5

 

7,3

дані вимірювань магнітних властивостей; дані вимірювань електричних властивостей.

Температурні залежності а(Т) досліджували для сполук з Dy, Er i Tm (рис. 4), за низьких температур цим сполукам притаманні невеликі позитивні значення коефіцієнта термо-е.р.с., а в разі збільшення температури спостерігаємо зміну знака та зростання за абсолютною величиною до (-9 мкВ/K) для ErNiSn2. Відомо, що наявність магнітних переходів в інтерметалічних сполуках супроводжується наяв­ністю екстремуму на залежності а(Т), що добре узгоджується з отриманими резуль­татами для станіду DyNiSn2.

Подібну поведінку температурних залежностей питомого електроопору та термо-е.р.с. простежуємо для інших серій сполук рідкісноземельних металів за участю нікелю та стануму, зокрема, для RNi3Sn2 [7], R9Ni24Sn49 [8], RNiSn4 [9], які характеризуються металічним типом провідності та невеликими значеннями коефі­цієнта термо-е.р.с. в інтервалі температур 2-300 К. Дослідженим сполукам з магніт­ними рідкісноземельними металами притаманна наявність максимумів на електро­транспортних властивостях, які відповідають магнітним переходам в інтерметалічних сполуках.

О 50 100 150 200 250 300

Г (К)

Рис. 4. Температурна залежність диференціальної термо-е.р.с. сполук: 1 - DyNiSn2; 2 - ErNiSn2; 3 - TmNiSn2

Отож, дослідження структурних характеристик станідів RNiSn2 у комплексі з експериментальними дослідженнями температурних залежностей питомого електроопору та коефіцієнта термо-е.р.с. дає змогу характеризувати як магнітний стан компонентів і речовини загалом, так і виявляти взаємозв'язок між цими характеристиками інтерметалічних сполук.

1. Сколоздра Р.В., Садыков С.А., Комаровская Л.П., Кувандиков О.К. Магнитная восприимчивость и кристаллическая структура соединений RNi1-xSn2-y (R = La, Ce, Pr, Nd, Sm) // Физ. металлов и металловед. 1988. Т. 65. Вып. 3. С. 527-531.

2. Skolozdra R V. Stannides of Rare-Earth and Transition Metals // Handbook on the Physics and Chemistry of Rare-Earths. 1997. Vol. 24. Chapt. 164.

3. Комаровская Л.П., Аксельруд Л.Г., Сколоздра Р.В. Кристаллическая структура соединения LuNiSn2 и его аналогов // Кристаллография. 1983. Т. 28. № 6. С. 1201-1203.

4. Сколоздра Р. В., Комаровская Л.П., Аксельруд Л.Г. Магнитная восприимчивость соединений RNiSn2 и RNi3Sn2 (R - Р.З.М.) // Изв. АН СССР. Неорган. матер. 1988. Т. 24. № 9. С. 1490-1493.

5. Romaka L., Penc В., Baran S. et al. Magnetic structure of RNiSn2 (R = Tb, Dy, Ho) compounds // J. Alloys Compd. 2002. Vol. 343. P. 66-70.

6. Akselrud L.G., Zavalii P.Yu., Grin Yu.N. et al. Use of the CSD program package for structure determination from powder data // Mater. Sci. Forum. 1993. Vol. 133-136.

P. 335-340.

7. Romaka V.V., Kuzhel B., Hlil E.K. et al. Electric transport properties of RNi3Sn2 compounds (R = Y, Sm, Gd, Tb, Dy) and electronic structure of YNi3Sn2 and GdNi3Sn2 // J. Alloys Compd. 2008. Vol. 459. P. 8-12.

8. Kaczorowski D., Gofryk K., Romaka L. et al. Magnetic and electrical properties of RE9Ni24Sn49 compounds (RE = Y, Ce, Pr, Sm and Tb) // Intermetallics. 2005. Vol. 13. P. 484-489.

9. Skolozdra R.V., Mudryk J.S., Akselrud L.G. et al. New RNiSn4 compounds (R = rare earth): crystal structure of new LuNiSn4 type, magnetic and transport properties // J. Alloys Compd. 2000. Vol. 296. P. 303-311.

ELECTRICAL AND MAGNETIC PROPERTIES OF RNiSn2 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Er, Tm) COMPOUNDS

L. Romaka, B. Kuzhel, Yu. Stadnyk

Ivan Franko National University of Lviv Kyryla & Mephodiya Str., 6, 79005 Lviv, Ukraine e-mail: romakal@franko.lviv.ua

The study of electric properties of the RNiSn2 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Er, Tm) compounds was carried out in the temperature range 4-300 K. Investigated compounds are characterized by metallic-like conductivity and small values of thermopower. Relation between magnetic and electric properties was analyzed for compounds with Gd, Tb, and Dy.

Key words: stannides, resistivity, thermopower.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ RNiSn2 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Er, Tm)

Л. Ромака, Б. Кужель, Ю. Стадник

Львовский национальный университет имени Ивана Франко, ул. Кирилла и Мефодия, 6, 79005 Львов, Украина e-mail: romakal@franko.lviv.ua

Исследованы электротранспортные свойства соединений RNiSn2 (R = Y, Gd, Tb, Dy, Er, Tm) в интервале температур 4-300 К. Исследованные соединения характеризуются металли­ческим типом проводимости и небольшими значениями термо-э.д.с. Для соединений с Gd, Tb и Dy проанализировано связь магнитных и электрических свойств.

Ключевые слова: интерметаллиды, удельное электросопротивление, термо-э.д.с.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Л Ромака, Б Кужель, Ю Стадник - Електричні властивості сполук rnisn2 (r = y, gd, tb, dy, er, tm)