Детально исследовано электронное строение актинидов

В исследованиях фундаментальных свойств актинидов достигнуты значительные успехи: учёные из ряда американских лабораторий сообщают о новых вехах в понимании электронной структуры элементов с заполняемой f-электронной оболочкой. (Тут мы вынуждены заметить, что лантаниды — тоже f-элементы, но ими эта исследовательская группа не занимается.)

В работе, представленной в журнале Proceedings of the National Academy of Science, участвовали учёные из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, Лос-Аламосской национальной лаборатории, Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса и Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

Электронное строение урана (иллюстрация Science Photo Library).

Используя резонансную эмиссионную рентгеновскую спектроскопию (RXES) — сверхсовременный метод, основывающийся на вырабатываемом синхротроном излучении, — исследователи получили рентгеновские спектры большого числа урановых (U) и плутониевых (Pu) интерметаллических соединений. Для справки: подгруппа актинидов включает 15 металлических химических элементов с атомными номерами от 89 до 103 (от актиния до лоуренсия).

Выяснилось, что актиниды в большинстве интерметаллических соединений, а также в чистом состоянии альфа-фазы урана и плутония демонстрируют наличие «мультиконфигурационных» электронных структур. Такие структуры не могут быть описаны как единичное состояние с фиксированным числом электронов на f-орбитали. Вместо этого необходимо говорить о смеси состояний с различным числом f-электронов; для Pu это f4, f5 и f6, а для U — f1, f2 и f3.

5f-электроны урана и плутония находятся на границе между смешанным и локализованным состоянием. Полагают, что все необычные свойства этих элементов и их соединений (у плутония одних только аллотропных модификаций известно шесть — углерод позавидует) зависят именно от характера заполнения f-орбитали и степени электронной делокализации. Однако до сего дня не существовало способа количественного определения этих параметров.

Полученные результаты позволяют провести по-настоящему количественную оценку степени заполнения f-орбитали и электронной делокализации (внутреннего смешения f и лигандного spd-состояния), что обеспечивает надёжный экспериментальный базис для построения нового научного каркаса, необходимого для описания поведения электронов в актинидных материалах.

Подготовлено по материалам Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса.