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Thermische Ausdehnung von Metallen bei tiefen Temperaturen

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Physik der kondensierten Materie

Zusammenfassung

Es wurde die thermische Ausdehnung von einigen reinen Metallen im Temperaturgebiet zwischen 1,5° und 12°K gemessen. Die folgenden Metalle (mit Ausnahme von Tantal alle in polykristallinem Zustand) wurden untersucht: Al, Pb, Pt, Mo, Ta, W, Mg, Cd, Re, Ti, La, Ce, Nd, Gd, Yb. In Übereinstimmung mit der theoretischen Erwartung setzt sich der thermische Ausdehnungskoeffizientβ=1/V (∂V/∂T) [V = Volumen,T = Temperatur] bei genügend tiefen Temperaturen aus einem linear mit der Temperatur variierenden Elektronenanteil und einem kubisch mit der Temperatur variierenden Gitteranteil zusammen.

Im supraleitenden Zustand (Pb, Ta, La) wird der Elektronenanteil stark verändert. Die seltenen Erdmetalle Gd, Ce und Nd weisen negative Anomalien im Ausdehnungskoeffizienten auf, welche mit dem Ferro- bzw. Antiferromagnetismus dieser Substanzen zusammenhängen.

Die Resultate werden diskutiert auf Grund der Theorien der Kristallgitter-Dynamik und der Metallelektronik.

Résumé

Le coefficient de dilatation thermique de quelques métaux purs a été mesuré dans le domaine de température de 1,5° à 12°K. Les métaux suivants, tous à l’état polycristallin à l’exeption du Tantal, out été étudiés: Al, Pb, Pt, Mo, Ta, W, Mg, Cd, Re, Ti, La, Ce, Nd, Gd, Yb. A des températures suffisamment basses, le coefficient de dilatation thermiqueβ=1/V (∂V/∂T) [V = volume,T = température] se compose, en accord avec la théorie, d’un terme lineaire enT, dû aux électrons, et d’un terme cubique enT, attribuable au réseau cristallin.

A l’état supraconducteur (Pb, Ta, La) le terme dû aux électrons se comporte différemment. Les métaux de terres rares Gd, Ce et Nd présentent, dans le coefficient de dilatation, des anomalies négatives qui dépendent du ferro- ou de l’antiferromagnetisme de ces substances, selon le cas.

Les résultats sont discutés à l’aide de la théorie dynamique du réseau cristallin et la théorie des métaux.

Abstract

The thermal expansion coefficients of the following metals in the temperature region between 1,5° and 12°K have been measured: Al, Pb, Pt, Mo, Ta, W, Mg, Cd, Re, Ti, La, Ce, Nd, Gd, Yb. Except for tantalum all the specimens were polycrystalline. Is is found in accordance with theoretical prediction that the coefficient of thermal expansionβ=1/V (∂V/∂T) [whereV = volume,T = temperature] at sufficiently low temperatures is composed of an electronic component varying linearly with temperature, and a lattice component varying as the cube of the temperature.

The electronic component is strongly modified in the superconducting state (Pb, Ta, La). The rare earth metals Gd, Ce and Nd have negative anomalies in their expansion. These are connected with the ferro- and antiferromagnetism of these substances.

The results are discussed on the basis of lattice dynamics and the theory of electrons in metals.

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Authors and Affiliations

  1. Institut für kalorische Apparate und Kältetechnik der Eidg., Technischen Hochschule, Zürich

    K. Anders

  2. Bell Telephone Laboratories, Inc., Murray Hill, N.J., USA

    K. Anders

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  1. K. Anders
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Anders, K. Thermische Ausdehnung von Metallen bei tiefen Temperaturen. Phys kondens Materie 2, 294–333 (1964). https://doi.org/10.1007/BF02422622

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