Z Materiały z silnie skorelowanymi elektronami

Spis treści 1 Związki międzymetaliczne 4f- and 5f-elektronowe 1.1 Rola fluktuacji kwadrupolowych w silnych korelacjach elektronowych 1.2 Stan podstawowy i własności termoelektryczne wypełnionych skutterudytów 1.3 Własności stanu nadprzewodzącego w zdegenerowanym półprzewodniku PbTe:Tl 1.4 Własności typu non-Fermi-liquid wywołane nieporządkiem 1.5 Nietypowe uporządkowania dalekozasięgowe w układach f-elektronowych 1.6 Magnetyzm związków i stopów f-elektronowych z metastabilną strukturą krystaliczną

Związki międzymetaliczne 4f- and 5f-elektronowe

Związki międzymetaliczne, czyli takie, w których obok wiązania metalicznego występują jednocześnie również inne typy wiązań (np. kowalencyjne lub jonowe), stanowią wyjątkowo liczną grupę związków chemicznych. Z punktu widzenia współczesnej fizyki i chemii ciała stałego najciekawszą podgrupę tego typu związków stanowią związki międzymetaliczne lantanowców i aktynowców, które to wyróżniają się spośród pozostałych pierwiastków układu okresowego tym, że ich jony posiadają w sieci krystalicznej niezapełnione i „odsłonięte” powłoki elektronowe 4f (lantanowce) i 5f (aktynowce). Omawiane związki zawierają również pierwiastki przejściowe i/lub pierwiastki IV i V grupy układu okresowego, które z kolei wnoszą do wspólnej struktury elektronowej elektrony z powłok typu d i p.

Rola fluktuacji kwadrupolowych w silnych korelacjach elektronowych

Binarny związek 4f elektronowy PrPb₃, krystalizujący w strukturze regularnej typu AuCu₃, wykazuje fazowe przejście antyferrokwadrupolowe (AFQ) w TAFQ = 0.4 K, co zostało udokumentowane na drodze wszechstronnych badań eksperymentalnych. Z uwagi na lokalne kubiczne otoczenie sieciowe, stanem podstawowym jonu Pr³⁺ jest nie-kramersonowski dublet Γ₃ a pierwszym stanem wzbudzonym, oddalonym o 19 K, jest stan trypletowy Γ₄. Okazuje się, że stan podstawowy jonu Pr³⁺ nie ulega zmianie jeśli związek poddać rozcieńczaniu lantanem, który jest pierwiastkiem pozbawionym elektronów 4f. Co więcej, biorąc pod uwagę fakt, że związek LaPb₃ jest izostrukturalnym, niemagnetycznym homologiem PrPb₃ należy się spodziewać, że niemagnetyczny dublet Γ₃ będzie również stanem podstawowym rozcieńczonych jonów Pr³⁺ w matrycy LaPb3. W istocie, niskotemperaturowe pomiary ciepła właściwego i podatności magnetycznej zdają się wskazywać na taką możliwość (T. Kawae et al., Phys. Rev. Lett. 2006). Eksperymenty na Pr_xLa_1-xPb₃ z x ≤ 0.05 wykonano na próbkach polikrystalicznych, a uzyskane wyniki zdają się wskazywać na możliwość wystąpienia kwadrupolowego efektu Kondo.

Pierwsze eksperymenty wskazujące na uporządkowanie AFQ w PrPb₃ zostały wykonane w INTiBS (Z. Kletowski, P. Sławiński i T. Cichorek, JMMM 1996). Już wówczas badanym materiałem były monokryształy wyhodowane metodą wzrostu z fazy ciekłej. W ramach sieci „Materiały z silnie skorelowanymi elektronami” planuje się otrzymać monokryształy Pr_xLa_1-xPb₃ o precyzyjnie określonej koncentracji jonów Pr³⁺ (nie przekraczającej kilku procent). Stan podstawowy zostanie zdefiniowany w INTiBS w oparciu o pomiary ciepła właściwego, oporu elektrycznego i zmiennoprądowej podatności magnetycznej w zakresie temperatur do 0.08 K i w polach do 14 T. Wpływ wzrostu koncentracji Pr³⁺ na strukturę elektronową zostanie określony w IFM PAN. Planowana współpraca w ramach sieci „Materiały z silnie skorelowanymi elektronami” pozwoli zweryfikować przewidywania dotyczące dwukanałowego stanu Kondo wynikającego z oddziaływań kwadrupolowych. Dotyczy to w szczególności logarytmicznej zależności ciepła właściwego od temperatury C/T ∞ -lnT, obniżonej entropii stanu podstawowego S = ½Rln2 i pierwiastkowej zależności oporu elektrycznego od temperatury ρ ∞ T^1/2.

W dalszym etapie, celem weryfikacji otrzymanych wyników, planuje się przeprowadzenie podobnych badań dla układu Pr_xLa_1-xInAg₂. Pomimo, że PrInAg₂ nie wykazuje uporządkowania kwadrupolowego aż do 0.05 K, to podobnie jak w PrPb₃, stanem podstawowym jonu Pr³⁺ jest nie-kramersonowski dublet Γ₃. Ponadto, niskotemperaturowe pomiary pojemności cieplnej wskazały na niezwykle dużą wartość elektronowego ciepła właściwego (γ = 6.5 J/K2mol). Obserwacja ta, wraz z niewielkim wpływem zewnętrznego pola magnetycznego na γ, sugerują silne korelacje między elektronami 4f, znajdującymi się w niemagnetycznym stanie Γ₃, a elektronami przewodnictwa.

Stan podstawowy i własności termoelektryczne wypełnionych skutterudytów

Grupa związków znana jako „skutterudyty”, z uwagi na niezwykłe bogactwo zjawisk silnych korelacji elektronowych, cieszy się olbrzymim zainteresowaniem badaczy z różnych dziedzin fizyki ciała stałego. Materiały te swoją nazwę wywodzą od minerału zwanego skutterudytem CoAs₃. Binarne skutterudyty o ogólnej formule TX₃ są tworzone przez pierwiastki z IX grupy układu okresowego T = (Co, Rh, Ir) z atomem pniktogenu X = (P, As, Sb). Włączenie elektrododatniego pierwiastka będącego dodatkowym składnikiem struktury krystalicznej jest konieczne dla lepszej stabilizacji tych materiałów. Tak zmodyfikowane układy nazywa się wypełnionymi skutterudytami o ogólnej formule M_yT₄X₁₂ gdzie M to pierwiastek ziemi rzadkiej, aktynowieca, metalu alkalicznego lub tal. Podczas gdy maksymalna wartość parametru wypełnienia y wynosi 1, to jego rzeczywista wartość silnie zależy fizykochemicznych relacji między kationem M a matrycą T₄X₁₂ i może podlegać dużym wahaniom. Jest bardzo istotnym fakt, że w strukturze krystalicznej wypełnionych skutterudytów M_yT₄X₁₂ stabilizujące kationy M tkwią w dużych wolnych przestrzeniach „klatkach”, uformowanych przez matrycę T₄X₁₂.

Skutterudyty M_yT₄X₁₂, szczególnie te oparte na ziemiach rzadkich, przejawiają wyjątkowe bogactwo rozmaitych własności fizycznych świadczących o silnych korelacjach elektronowych. Warto wymienić choćby przejście typu metal-izolator, uporządkowania magnetyczne i kwadrupolowe, konwencjonalne vs. niekonwencjonalne nadprzewodnictwo, a skończywszy na własnościach ciężkofermionowych i obecnością magnetycznego (kwadrupolowego) kwantowego punktu krytycznego. Oprócz fascynujących własności stanu podstawowego, zainteresowanie wypełnionymi skutterudytami ma również czysto aplikacyjny charakter. Jest to wynik ich perspektywicznych własności termoelektrycznych. Optymalizacja współczynnika dobroci ZT, określającego sprawność urządzenia termoelektrycznego, wydaje się być bardzo obiecująca w M_yT₄X₁₂. Jest tak dlatego, że wysoki ZT wymaga materiałów z ciężkimi nośnikami o dużej ruchliwości, które jednocześnie wykazują niskie sieciowe przewodnictwo cieplne. Warunki te mogą zostać z powodzeniem spełnione w skutterudytach a to dlatego, że po pierwsze, atomy ziem rzadkich i niektórych aktynowców mogą być źródłem „ciężkich” elektronów typu f, a po drugie, kation M umieszczony w klatce posiada dużą swobodę co skutkuje zaburzeniami drgań sieci krystalicznej, a w konsekwencji prowadzi do obniżenia fononowego przewodnictwa cieplnego. Uzyskane do tej pory wyniki są na bardzo obiecujące.

Wypełniony skutterudyt PrOs₄Sb₁₂ już od momentu swego odkrycia (E.D. Bauer et al., Phys. Rev. B 2002). nieprzerwanie skupia na sobie uwagę zarówno eksperymentatorów jak i teoretyków zajmujących się szeroko rozumianymi silnymi korelacjami elektronowymi. Wynika to przede wszystkim z faktu, że jest to jak dotąd jedyny układ nadprzewodzący, w którym pary Coopera wydają się powstawać w wyniku fluktuacji momentów kwadrupolowych. Szczególnego podkreślenia wymaga fakt, że dla PrOs₄Sb₁₂ wykryto porządek antyferrokwadrupolowy w T < 1.2 K i w 4 < B < 12 T. Niemniej, stanem podstawowym jonu Pr³⁺ okazał się być stan singletowy Γ₁ zamiast spodziewanego nie-kramersowskiego dubletu Γ₃ (moment kwadrupolowy). Fakt ten w pewnym stopniu osłabia scenariusz biorący pod uwagę kluczową rolę fluktuacji kwadrupolowych w procesie przejścia PrOs₄Sb₁₂ do stanu nadprzewodzącego.

W INTiBS PAN opracowano w 2005 roku unikatową technologię uzyskiwania monokryształów wypełnionych skutterudytów opartych na As. Pomimo usilnych starań innych grup badaczy, INTiBS PAN jest jedynym ośrodkiem na świecie, w którym otrzymuje się tego typu monokryształy. Sytuacja ta umożliwia na szybkie i znaczące włączenie się sieci „Materiały o silnie skorelowanych elektronach” w światowy nurt badań wypełnionych skutterudytów. W istocie, dla monokryształów PrOs₄As₁₂ pomiary dyfrakcji neutronów, oporu elektrycznego, ciepła właściwego i magnetyzacji do temperatur 0.08 K i w polach magnetycznych do 16 T, wykazały współistnienie (już w B = 0) stanu antyferromagnetycznego i innego (słabo zależnego od pola magnetycznego) uporządkowania, które może być natury kwadrupolowej. Jest bardzo prawdopodobnym, że wśród innych arsenków znajduje się związek, w którym stanem podstawowym jonu Pr³⁺ będzie stan Γ₃. Pozwoli to nie tylko na lepsze zrozumienie silnych korelacji elektronowych wynikających z oddziaływań momentów kwadrupolowych z elektronami przewodnictwa, ale również na prześledzenie wpływu zmian matrycy T₄As₁₂ na termoelektryczne własności wypełnionych sktterudytów. Innymi słowy, technologia jaką dysponuje INTiBS PAN może już w niedalekiej przyszłości doprowadzić do interesujących aplikacji.

Własności stanu nadprzewodzącego w zdegenerowanym półprzewodniku PbTe:Tl

W ramach sieci „Materiały z silnie skorelowanymi elektronami” planuje się badania PbTe dotowanego talem. Badania te będą miały charakter interdyscyplinarny: IF PAN dysponuje olbrzymim doświadczeniem i wysoką technologią otrzymywania monokryształów układów binarnych opartych na pierwiastkach z IV i VI grupy układu okresowego. IFM PAN wykona obliczenia struktury pasmowej, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu domieszek talowych na koncentrację nośników ładunku elektrycznego i zamykanie się wąskiej przerwy wzbronionej. Zmiany stanu podstawowego PbTe wywołane wzrostem koncentracji Tl zostaną określone w INTiBS PAN. Szczególny nacisk będzie położony na własności stanu nadprzewodzącego (TC = 1.5 K dla 3% koncentracji Tl) i towarzyszący mu ładunkowy efekt Kondo wynikający ze zdegenerowanego stanu walencyjnego (6s⁰ i 6s²) jonów talu (Y. Matsushita et al. Phys. Rev. Lett. 2005). Podstawowym narzędziem badawczym będą pomiary ciepła właściwego. Zależność temperaturowa ciepła właściwego, pozwalająca na określenie charakteru przerwy energetycznej w stanie nadprzewodzącym, powinna wyjaśnić zależność między nadprzewodnictwem a anomalnym rozpraszaniem elektronów w stanie normalnym.

W dalszej części planuje się poszerzenie się badań niskotemperaturowych o takie układy jak np.: HgSe:Fe. Przypuszcza się, że pomiary własności transportowych HgSe:Fe w temperaturach milikelwinowych przyniosą szereg wartościowych informacji.

Własności typu non-Fermi-liquid wywołane nieporządkiem

W scenariuszu diagramu Doniacha [S. Doniach, Valence Instabilities and Related Narrow Band Phenomena (Plenum Press, New York, 1977)], który przedstawia magnetyczne zachowania układu jako funkcję siły hybrydyzacji f-s, f-p i f-d opisywanej jednym parametrem (tzw. całką wymiany), przy pewnej krytycznej wartości tej całki temperatura uporządkowania magnetycznego jest zredukowana do zera bezwzględnego. Ów tzw. kwantowy punkt krytyczny (ang. quantum critial point, QCP) jest obecnie intensywnie badany w związku z odkrytymi w ostatnich latach tzw. nielandauowskimi cieczami Fermiego (ang. non-Fermi liquid, NFL) [G. R. Stewart, Rev. Mod. Phys. 73, 797 (2001)], czyli układami silnie skorelowanych elektronów, których własności fizyczne drastycznie różnią się od tych charakterystycznych dla FL. Chodzi tu m.in. o rozbieżne w temperaturze zera bezwzględnego współczynniki γ i χ₀, sugerujące nieskończony wzrost masy efektywnej kwazicząstek wraz z obniżaniem temperatury układu. Jak dotąd, przyczyny anomalnych zachowań NFL nie są dokładnie poznane, a modele teoretyczne funkcjonujące w literaturze opracowane są często dla bardzo wąskich grup związków i opisują jedynie wybrane aspekty omawianych zachowań. Niemniej jednak, większość z nich można zaliczyć do jednej z dwóch grup proponujących odmienne przyczyny zachowań NFL: (i) nieporządek krystalograficzny [E. Miranda, V. Dobrosavljevič, Rep. Prog. Phys. 68, 2337 (2005)] oraz (ii) kwantową krytyczność [H. v. Löhneysen i in., cond-mat/0606317 (2006)].

Wspólnym założeniem dla wszystkich modeli z pierwszej grupy jest występowanie w sieci krystalicznej układu ze skorelowanymi elektronami silnego nieporządku strukturalnego, będącego źródłem drastycznych zmian struktury elektronowej „czystego” układu ciężkofermionowego, a w konsekwencji do pojawienia się w nim zachowań typu NFL. Różnice pomiędzy poszczególnymi modelami dotyczą przede wszystkim charakteru zakładanego nieporządku krystalograficznego oraz przewidywanych zależności funkcyjnych badanych charakterystyk fizycznych. Za najbardziej zaawansowane i obiecujące w tej grupie teorii uznaje się powszechnie: nieuporządkowane sieci Kondo oraz magnetyczne fazy Griffith'a. W przypadku nieuporządkowanych sieci Kondo nieporządek krystalograficzny prowadzi do lokalnych zmian wielkości oddziaływania (hybrydyzacji) zlokalizowanych momentów magnetycznych powłok elektronowych f z pasmem przewodnictwa, a w konsekwencji do pewnej dystrybucji charakterystycznej temperatury Kondo TK. Własności NFL są więc w tym modelu niczym innym jak tylko konsekwencją superpozycji wielu układów FL o różnych skalach energetycznych. Magnetyczne fazy Griffith'a są z kolei zbiorem klastrów magnetycznych zawierających co najmniej kilka zlokalizowanych momentów magnetycznych, z których każdy (klaster) charakteryzuje nieco inna temperatura wymiany TRKKY, a przez to również inna temperatura uporządkowania Tcr. Ta dystrybucja Tcr prowadzi w niskich temperaturach do uformowania się mieszaniny uporządkowanych i nieuporządkowanych klastrów magnetycznych. Własności NFL wynikają tu z nałożenia się charakterystyk fizycznych tych klastrów.

Klasyczne przejścia fazowe, obserwowane w skończonej temperaturze T_cr, oddzielają fazę uporządkowaną (np. magnetycznie) od nieuporządkowanej, przy czym za przemianę fazową odpowiedzialne są fluktuacje termiczne. W przypadku kwantowych przejść fazowych [grupa (ii)] temperatura przejścia jest zredukowana do zera bezwzględnego, a za przemianę fazową odpowiedzialne są fluktuacje kwantowe. Dlatego też, w przeciwieństwie do swoich klasycznych odpowiedników, kwantowe przemiany fazowe kontrolowane są parametrem innym niż temperatura – w szczególności może to być skład chemiczny, zewnętrzne ciśnienie lub pole magnetyczne. Cechą wszystkich modeli należących do niniejszej grupy jest założenie, że w badanym układzie silnie skorelowanych elektronów występuje wspomniana kwantowa (czyli zachodząca w T_cr = 0 K) magnetyczna przemiana fazowa, oraz że podczas obniżania temperatury układ ten zbliża się do niej, stając się stopniowo coraz bardziej niestabilnym magnetycznie. To właśnie ta niestabilność, wynikająca z bliskości owego kwantowego punktu krytycznego (ang. quantum critical point, QCP), silnie modyfikuje charakterystyki fizyczne układu silnie skorelowanych elektronów nawet w skończonych (≤ 1÷3 K) temperaturach, prowadząc w efekcie do pojawienia się anomalnych zachowań typu NFL. Różnice pomiędzy poszczególnymi modelami fizycznymi dotyczą przede wszystkim zakładanego charakteru magnetyzmu układu w najniższych temperaturach oraz przewidywanych dla poszczególnych własności fizycznych konkretnych zależności funkcyjnych. Scenariusz pasmowy [J. A. Hertz, Phys. Rev. B 14, 1165 (1976); A. J. Millis, Phys. Rev. B 48, 7183 (1993)] wskazuje, że przyczyną zachowań typu NFL jest wprost bliskość magnetycznego przejścia fazowego w T_cr = 0 K, a samą przemianę opisuje w sposób analogiczny do używanego w klasycznej teorii przejść fazowych. Scenariusz zlokalizowany [P. Coleman and A. J. Schofield, Nature 433, 226 (2005)] pokazuje z kolei, że w układzie silnie skorelowanych elektronów dochodzi w pobliżu QCP do separacji spinu i ładunku elektrycznego ciężkich kwazicząstek, a w konsekwencji do gwałtownej modyfikacji powierzchni Fermiego, która skutkuje anomalnymi zachowaniami typu NFL.

Przedstawione modele NFL, pomimo że zainspirowane własnościami realnych układów, nie opisują w pełni poprawnie wszystkich charakterystyk fizycznych tych ostatnich. „Problematyczne” są również nowe układy NFL, które albo łączą w sobie cechy różnych wykluczających się wzajemnie modeli teoretycznych, albo nie dają się opisać żadnym z nich. Wysoce problematyczny jest np. ferromagnetyczny kwantowy punkt krytyczny, przewidziany i opisany wprawdzie przez teorię SDW, ale którego istnienie nie zostało jak dotąd wyraźnie udowodnione doświadczalnie. Powodem jest m.in. niedostatek ferromagnetyków z odpowiednio niską temperaturą uporządkowania. Najbardziej obiecującym i najszerzej zbadanym tego typu układme jest zlokalizowany ferromagnetyk CePd rozcieńczany rodem [J. Sereni i in., cond-mat/0602588 (2006); A. P. Pikul i in., J. Phys.: Condens. Matter – w druku (2006)].

Nietypowe uporządkowania dalekozasięgowe w układach f-elektronowych

Niezwykłe właściwości fizyczne f-elektronowych materiałów metalicznych od lat skupiają zainteresowanie wiodących ośrodków naukowych na świecie. Stanowią bowiem prawdziwe laboratorium współczesnej fizyki ciała stałego pozwalające obserwować m.in. współistnienie cząstek zlokalizowanych i zdelokalizowanych, wysokie gęstości stanów, silne korelacje dynamiczne i statyczne, różne rodzaje uporządkowania dalekiego zasięgu i przejścia fazowe, fluktuacje termiczne i kwantowe, oddziaływanie elektronów z siecią, złożone procesy rozpraszania elektronów na węzłach, spektakularne przejawy silnej anizotropii. Zainteresowanie układami f-elektronowymi wiąże się także z potencjalnymi zastosowaniami w najbardziej zaawansowanych technologiach m. in. materiałów magnetycznych, termoelektryków, materiałów o nietypowych własnościach transportowych silnie zależnych od czynników zewnętrznych takich jak temperatura, ciśnienie, pole magnetyczne. Układy elektronów silnie skorelowanych zawierających pierwiastki f-elektronowe są dzisiaj przedmiotem badań wiodących ośrodków naukowych na świecie i w Polsce. Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN we Wrocławiu może pochwalić się pionierskimi pracami w tej dziedzinie, zapoczątkowanymi jeszcze przez profesora W. Trzebiatowskiego, patrona Instytutu, koncentrującymi się głównie na związkach uranu.

Jednym z najbardziej zagadkowych zjawisk obserwowanych w układach f-elektronowych jest formowanie się dalekozasięgowego uporządkowania, różnego od najczęściej występującego uporządkowania dipolowego magnetycznego bądź elektrycznego. Z uwagi na trudność doświadczalnej weryfikacji takiego egzotycznego uporządkowania i mnogość pojawiających się hipotez, wiele badań pozostaje bez konkluzji, a w literaturze pojawia się termin „ukryty porządek” (hidden order, HO). Przykład jednego z bodaj najintensywniej badanych obecnie na świecie związków, URu₂Si₂, jest szczególnie wymowny. Badania termiczne dla tego związku sugerują przejście do zwykłej fazy antyferromagnetycznej w 17.5 K, ale oszacowany z innych pomiarów moment magnetyczny jest o rząd mniejszy niż wynikałoby to z ubytku entropii. Wśród hipotez rozważane były wzbudzenia kolektywne różnego typu kwazicząstek lub ich lokalnych złożeń, indukowany antyferromagnetyzm podukładu elektronów zlokalizowanych, niewspółmierny antyferromagnetyzm orbitalny mikroprądów ładunku [Mineev, Zhitomirsky, Phys. Rev. B 72 14432 2005], niestabilność Landaua-Pomeranchuka [C. M.Varma and Lijun Zhu, PRL 96, 036405 (2006)] czy wreszcie uporządkowanie oktupoli [A. A. Kiss and P. Fazekas, Phys. Rev. B71, 54415 (2005)].

Podobne problemy występują w wielu innych międzymetalicznych związkach f-elektronowych [D.Kaczorowski and R.Troć, Landolt-Börnstein Numerical Data and Functional Relationship in Science and Technology, Group III: Condensed Matter, vol. 27-B7, Springer-Verlag, 2003; ibid. D.Kaczorowski, vol. 27-B8, 2004]. HO, czyli nie identyfikowalne pierwotnie uporządkowanie jest prawdziwym wyzwaniem zarówno dla teoretyków i doświadczalników. Przedstawiony projekt wpisuje się w główny nurt badań. Prace będą obejmować m.in. rozbudowę mapy materiałowej występowania oraz badanie warunków istnienia HO, rozwijanie opisu mikroskopowego oraz modeli fenomenologicznych pozwalających weryfikować kolejne hipotezy, poszukiwanie nowych technik pomiarowych, rozwijanie istniejących. Wśród materiałów zostaną uwzględnione różne grupy związków od układów zlokalizowanych takich jak UPd₃, poprzez ferromagnetyki typu UGe₂, antyferromagnetyki USb₂, po ciężkofermionowe nadprzewodniki typu UPt₃. Obok wspomnianych wyżej fenomenologicznych modeli teoretycznych, przewiduje się rozwijanie prac nad najprostszymi modelami mikroskopowymi dla układów silnie skorelowanych pod kątem ukrytego porządku.

Magnetyzm związków i stopów f-elektronowych z metastabilną strukturą krystaliczną

Projekt dotyczy nowoczesnej tematyki związków międzymetalicznych o stechiometrii 1:5 i stechiometrii 1:6:6, wykazujących nie tylko interesujące zachowania fizyczne w funkcji temperatury lub pola magnetycznego i pozwalających głębiej zrozumieć niektóre zjawiska fizyczne, ale również posiadające własności magnetyczne i mechaniczne niezbędne do zastosowań i rozważań modelowych.

Jak wynika z diagramu fazowego (np. Dy-Cu) dla stechiometrii 1:5 występują dwie alotropowe odmiany krystalograficzne. Większość lekkich lantanowców (La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu) tworzy z miedzią związki o stechiometrii 1:5, krystalizujące w strukturze heksagonalnej. Związki RCu₅, gdy R jest ciężkim lantanowcem, posiadają strukturę heksagonalną typu CaCu₅ (grupa punktowa P6/mmm) lub regularną typu AuBe₅ (grupa punktowa F43m).

Faza heksagonalna β jest fazą wysokotemperaturową, stabilną np. dla DyCu₅ od 930°C do 970°C, a regularna faza α-DyCu₅ stabilizuje się poniżej 930°C. W związku z tym zsyntetyzowanie jednofazowej próbki metodami klasycznymi nie jest łatwe. Alternatywnymi sposobami wytwarzania fazy niskotemperaturowej może być synteza pod wysokimi ciśnieniami (w ten sposób po raz pierwszy wytworzono α-YbCu₅) lub szybkie chłodzenie z fazy ciekłej (melt-spinning). Ta ostatnia metoda umożliwia wytwarzanie jednofazowych próbek, ponieważ dobierając odpowiednio szybkość chłodzenia, która jest proporcjonalna do liniowej prędkości powierzchni miedzianego walca, możliwe staje się przejście fazowe ciecz-polikryształ w takim przedziale temperatur, w którym tworzy się wyłącznie faza regularna. W opisany powyżej sposób zsyntetyzowano już związek α-RCu₅, R=Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb. Co istotne, niektóre związki międzymetaliczne RCu5 z pierwiastkami ciężkich ziem rzadkich, które krystalizują w strukturze typu AuBe₅, wykazują własności ciężkofermionowe.

Związki o stechiometrii 1:6:6 proponowane do badań zawierają atomy pierwiastka ziemi rzadkiej (np. Dy, Yb), metalu przejściowego (Fe, Mn) oraz atomy innego metalu (Al) lub metaloidu (Ge). Motywacją badań tej grupy stopów DyMn_6-xGe_6-xFe_xAl_x (0≤x≤6) jest fakt, że w związkach międzymetalicznych o składach granicznych dla x = 0 i 6, tzn. DyFe₆A_l6 oraz DyMn₆Ge₆, występują mało poznane uporządkowania magnetyczne oraz przejścia indukowane zarówno polem magnetycznym jak i temperaturą. Ostatnio wykazaliśmy, że w procesie szybkiego schładzania z fazy ciekłej możliwe jest wytworzenie nie tylko stechiometrycznch związków międzymetalicznych (o określonej strukturze krystalicznej), ale także stopów metastabilnych o strukturze amorficznej oraz strukturze mieszanej (faza amorficzna i faza/fazy krystaliczne). Fazy amorficzne typu 1:6:6 były wytworzone przez zespół z IFM PAN po raz pierwszy.

Proponowane zagadnienia tworzenia magnetycznych faz amorficznych są w nurcie nowoczesnej tematyki rozwijanej m.in. w USA (Baltimore, Oak Ridge, Pittsburgh), w Japonii oraz wielu krajach europejskich. Ze względu na znaczne zainteresowanie przemysłu nowymi litymi materiałami amorficznymi (typu „bulk”) istnieje potrzeba, aby poznać ich własności i możliwości łatwego wytwarzania. Doskonale do tego celu nadają się fazy 1:6:6, które łatwo amorfizują (glass forming ability).

Obecnie obserwuje się powrót zainteresowania materiałami amorficznymi i ich strukturą. W szczególności jest to spowodowane współistnieniem (w różnych temperaturach) tak wykluczających się własności mechanicznych tych stopów, jak duża plastyczność i sprężystość. Jest to cecha, która zdecydowała o licznych zastosowaniach materiałów amorficznych, m.in. w przemyśle zbrojeniowym, lotniczym oraz medycynie. Zagadnienia rozwiązane w czasie realizacji proponowanego projektu mogą zaowocować wnioskami patentowymi interesującymi przemysł krajowy. Proponowane stopy wykazują bowiem dużą stabilność termiczna struktury krystalicznej i magnetycznej znacznie powyżej temperatury pokojowej, co kwalifikuje je do wielu zastosowań w przemyśle elektronicznym (spintronika, magnetoelektronika).