4 Электрические свойства рутения

Большинство тугоплавких металлов обладают высоким электро­сопротивлением. Вдоль больших периодов, по мере заполнения электронами d-оболочки, электросопротивление закономерно уменьшается. Среди переходных металлов платиноиды имеют наи­меньшее значение удельного электросопротивления. Изменение электросопротивления в зависимости от положения металлов в периодической системе объясняется их электронным строением. Этим обусловлено и высокое электросопротивление тугоплавких металлов. В работах Мотта указано, что участие d-зоны в прово­димости переходных металлов не только увеличивает число носи­телей тока, но и приводит к появлению нового механизма рассея­ния: s—d-рассеяния, которое обусловлено межполосными пере­ходами электронов проводимости. У переходных металлов этот фактор играет первостепенную роль. С ростом номера элемента в периодической системе происходит заполнение d-зоны и умень­шение вероятности s—d-переходов. Таким образом, Мотт объяс­няет, почему с увеличением номера элемента в таблице Менде­леева происходит уменьшение электросопротивления.

Удельное сопротивление рутения измерялось несколькими ав­торами. Этот параметр металла сильно зависит от его чистоты. Совершенствование методов получения рутения дает возможность повысить чистоту технического металла и, следовательно, умень­шить величину удельного электросопротивления. Значение р , рав­ное 7,64·10⁶ Ом·см, определено на образце в виде проволоки диаметром 0,3 см и длиной 2,7 см из плавленого металла. Ме­талл, имеющий чистоту 99,99% и плотность 11,556, показал зна­чение, равное 7,1571 · 10⁶ Ом·см . Электросопротивление металла полученного методом дуговой плавки, равно 7,4-10⁶ Ом·см. С по­вышением температуры сопротивление возрастает. Основываясь- на результатах измерений при 0,24;50; и 95°С, Бриджмен вывел уравнение для температурной зависимости

ρ=ρ₀(1+0,0049t – 3,64·10^-6·t²) (18)

Из этого уравнения в температурной области от 0 до 100°С, =0,00458. По другим измерениям при тех же температурах =0,00449.

По данным работы значения удельного сопротивления рутения технической чистоты (ρα) в единицах Ом·мм²/м) состав­ляют:

t,˚ C	0	25	100
ρ	0,0683	0,07427	0,09260

Удельное электросопротивление и его температурный коэффициент были определены для отожженного и закаленного с 1200°С ,со­стояний в

таблице 18.

Таблица 18 - Удельное электросопротивление и температурный коэффициент

Термообработка	Удельное электросопротивление, мкОм·см		α
	25˚С	100˚С
Отжиг	7,427	9,262	0,003589
Закалка с 1200˚С	7,657	9,574	0,003643

Температурная зависимость электросопротивления при пони­женных температурах изменяется и усложняется. Значения сопро­тивления рутения при низких температурах (в относительных еди­ницах) приведены в таблице 14. За единицу принято электросопро­тивление при 0°С. ρ₁ — Измерено на образце металла высокой чи­стоты; ρ₂ — на образце чистого металла; ρ₃ — на образце металла, приготовленного спеканием (с содержанием 3% Os, 1% Pb, 0,2% Rh, 0,03% Pt и 0,1% Ir); ρ ₄ — выведено из сопротивления для идеально чистого металла при помощи остаточного сопротивления по Нернсту.

Зависимость удельного электросопротивления монокристалла рутения от температуры в интервале от 2 до 20 К описывается в работе. Значение ρ вычислялось по уравнению ρ = ρ₀+АТ²+ ВТ⁵. Погрешность эксперимента составляла ±0,5%.

Таблица 19 – электросопротивление рутения при низких температурах

T, K	ρ1·106	ρ2·106	ρ3·106	ρ4·106
87,16	-	-	0,21060	1,13943
85	0,246	0,422	-	-
77,6	-	-	0,17540	0,10115
20,36	-	-	0,08297	0,00029
4,21	-	-	0,0827	0,0000
4,2	0,135	0,206	-	-
1,96	0,125	0,206	-	-
1,455	-	-	0,0827	0,0000
1,17	-	-	0,08	0,0000

Температурный коэффициент электросопротивления рутения по данным работы составляет 42,0·10^-4 1/град, удельная электропроводность σ

(Ом^-1·см^-1 10^-4) равна

t,˚C	0	25	100
σ	14,56	13,48	10,80

Электросопротивление рутения линейно уменьшается с увели­чением давления. Для давлений от 0 до 12 000 кг/см² средний коэффициент давления

α = (19)

при 0°С α_m= -2,48 10^-6; при 95°С α_m= —3,20 10^-6. Влияние тем­пературы на коэффициент давления очень велико.

Наиболее полные сведения о строении и свойствах металлов можно получить, исследуя монокристаллы, обладающие высокой чистотой и совершенством. Изучение электрических свойств моно­кристаллов рутения позволило выявить закономерности измене­ния величины анизотропии при изменении температуры.

Анизотропия электросопротивления монокристалла Ru в ин­тервале температур 4,2-300К изучалась в работе. Рассмот­рена анизотропия электросопротивления в направлениях, парал­лельном и перпендикулярном оси С. При 300 К ρ_﬩c/ρ_ǁc =1,36; при 4,24 К ρ_﬩c/ρ_ǁc =1,11. Анализируя результаты, автор высказы­вает предположение о том, что длина свободного пробега электро­на слабо зависит от направления и скорости электронов проводи­мости при рассеянии на примесях.

Исследование было проведено на монокристалле сравнительна невысокой чистоты, при этом получено ρ_k/R₀=75.

Сверхпроводящие свойства рутения. Сверхпроводимость — это явление, присущее только металлам и их соединениям.

Егосущность заключается в том, что при низких температурах элект­росопротивление металлов ис­чезает. Температура, при кото­рой происходит (переход в сверх­проводящее состояние, зависит от индивидуальных свойств каждого металла.

Таблица 20 – Значение температур перехода в сверхпроводящее состояние для Ru по данным разных авто­ров

T, K

0,40

0,47

0,509±0,002

0,48

0,49