Supravodivost a magnetismus uranových sloučenin

• Název práce v češtině: Supravodivost a magnetismus uranových sloučenin
• Název v anglickém jazyce: Superconductivity and Magnetism of Uranium Compounds
• Klíčová slova: magnetismus, supravodivost, uran,
• Klíčová slova anglicky: magnetism, superconductivity, uranium
• Akademický rok vypsání: 2011/2012
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 11.10.2011
• Datum zadání: 11.10.2011
• Datum potvrzení stud. oddělením: 11.04.2013
• Datum a čas obhajoby: 14.05.2013 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 15.04.2013
• Datum odevzdání tištěné podoby: 15.04.2013
• Datum proběhlé obhajoby: 14.05.2013
• Oponenti: Dr. rer. nat. Jeroen Custers
• Konzultanti: prof. RNDr. Vladimír Sechovský, DrSc.

Zásady pro vypracování

Předměten práce je:

1) studium literatury a příprava rešerše
2) syntéza vybraných sloučenin ve formě polykrystalu i monokrystalu ? metoda růstu z přesyceného roztoku, Czochralského metoda, růst krystalů v optické peci
3) analýza připravených materiálů, prášková rentgenová difrakce, difrakce na monokrystalu, EDX analýza
4) popis a analýza magnetických a termodynamických vlastností na úrovni znolostí studenta Mgr. stupně programu fyzika kondenzovaných soustav a materiálů (FKSM)

Seznam odborné literatury

Solid state physics / Neil W. Ashcroft, N. David Mermin, New York : Brooks / Cole, c1976
Úvod do fyziky pevných látek / Charles Kittel, Praha, Academia, 1985
Magnetism in condensed matter / Stephen Blundell, Oxford : Oxford University Press, c2001
Hanbook of Magnetic materials, Volume 11, Elsevier, Amsterdam, 1988

Předběžná náplň práce

Jednou ze skupin intenzivně zkoumaných materiálů jsou intermetalické sloučeniny na bázi uranu. Uranové intermetalické sloučeniny se vyznačují širokou paletou fyzikálních vlastností, zejména silnou krystalovou anizotropií, magnetismem a supravodivostí. Všechny tyto vlastnosti jsou úzce spojeny s chováním 5f elektronů uranu, které se nacházejí velmi blízko Fermiho hladině a mohou mít jak lokalizovaný tak itinerantní charakter. Jedním z kritických parametrů určujících magnetické vlastnosti a supravodivost je meziatomová vzdálenost atomů uranu známá jako empirické Hillovo kriterium. Nabízená diplomová práce bude zaměřena na skupinu intermetalických ternárních sloučenin o obecném složení UTX (T = tranzitivní kov, X = p-prvek) zejména na sloučeninu UCoGe. UCoGe představuje materiál s kritickou meziatomovou vlastostí uranu splňující právě Hillovo kriterium a vyznačuje se unikátní koexistencí feromagnetismu a supravodivosti při teplotách Tc = 3 K a Tsc = 0,7 K. Zmíněné chování je důsledkem přítomnosti tzv. feromagnetického kvantově kritického bodu (QCP-quantum critical point). Předmětem diplomové práce je studium fyziky magnetismu, supravodivosti, jejich koexistenci a kvantově kritickému chování na uranových sloučeninách. Práce bude sestávat z následujích kroků:

-přípravy monokrystalů již známých i nových uranových sloučenin u nichž lze předpokládat existenci QCP
-řízení magnetismu a QC chování na vybraných sloučeninách pomocí vnějších parametrů jako jsou tlak a dopování
-měření fyzikálních vlastností na připravených materiálech vedoucích k popisu magnetického stavu v kontextu elektronové struktury (magnetické, transportní vlastnosti)
-analýza naměřených dat na úrovni studenta Mgr. programu v oboru fyzika

Pro přípravu materiálů budou použity metody, které mají na školícím pracovišti kvalitní zázemí. Charakterizace struktury a složení bude prováděno na skenovacím elektronovém mikroskopu vybaveném EDX detektorem, který KFKL sdílí s KFPP jako společné zařízení a rentgenovou difrakcí. Měření makroskopických vlastností budou prováděna ve Společné laboratoři pro magnetická studia UK MFF a FZÚ AVČR. Vybrané perspektivní materiály budou studovány metodou neutronové difrakce v ILL Grenoble nebo HMI Berlin. Práce je součástí výzkumného záměru a výzkumných projektů, které jsou řešeny na školícím pracovišti.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

One of the groups of intensively studied materials are intermetallic compounds based on uranium. Uranium intermetallics are characterized by a wide variety of physical properties such as strong magnetocrystalline anisotropy, magnetism and superconductivity. All these properties are closely associated with 5f electrons of uranium, which are close to Fermi surface and may have both localized and itinerant character. Interatomic distance between the uranium atoms known as Hills criterion is one of the critical parameters which determine magnetic and superconducting properties of most compounds. Suggested diploma thesis is focused on group of ternary intermetallic compounds with composition UTX (T = transition metals, X = p-elements) particularly on the compound UCoGe. UCoGe represents unique material with the critical interatomic distance between uranium, which matches the condition of the Hills criterion. UCoGe is characterized by unique coexistence of ferromagnetism and superconductivity at temperatures Tc = 3K and Tsc = 0.7 K. Mentioned physical features are result of the existence of the ferromagnetic quantum critical point (QCP). The subject of the thesis is study of magnetism, superconductivity their coexistence and quantum criticality on uranium compounds. The work will consist from following steps:

-growth of single crystals both already known and new uranium compounds where presence of magnetism, superconductivity and quantum criticality can be expected
-controlling of the magnetism and quantum critical features on selected compounds using external parameters like pressure or doping
-measurement of the physical quantities which lead to description of the magnetic and superconducting state in the context of the electronic structure
-data analysis in the knowledge of student on master program level

The aim of this thesis will be preparation of polycrystalline samples and single crystals by various method placed on DCMP. Characterization of the structure and phase composition of the materials will be done on SEM with EDX detector, which is shared facility of DCMP and DSPS. Structure determination will be performed in collaboration with X-ray group of the DCMP. Subsequently, magnetic and transport properties of the prepared materials will be studied. Magnetic and transport measurement will be undertaken in Joint Laboratory for Magnetic Studies of MFF UK and FZÚ AVČR. Selected promising materials will be subject of the neutron diffraction experiments in ILL Grenoble or HMI Berlin. The work is part of research projects performed in DCMP.