[論文レビュー] Antiferromagnetism and Hidden Order in Isoelectronic Doping of URu$_2$Si$_2$

M. N. Wilson, T. J. Williams+9 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2015

Rare-earth and actinide compounds被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、μSRおよび磁化率測定を用いて、FeまたはOsによる等電子ドーピングが、URu₂Si₂における長距離反強磁性秩序を低ドーピングレベル（x = 0.02）まで維持することを示した。内部磁場の増大は、強化された磁気相関を示している。結果は、ハイブリダイゼーションの変化—構造的効果だけではなく—が磁気秩序の進化を駆動していることを示しており、URu₂Si₂における隠れた秩序の抑制を説明する化学的圧力に基づくモデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

We present muon spin rotation ($μ$SR) and susceptibility measurements on single crystals of isoelectronically doped URu$_{2-x}$T$_x$Si$_2$ (T = Fe, Os) for doping levels up to 50\%. Zero Field (ZF) $μ$SR measurements show long-lived oscillations demonstrating that an antiferromagnetic state exists down to low doping levels for both Os and Fe dopants. The measurements further show an increase in the internal field with doping for both Fe and Os. Comparison of the local moment - hybridization crossover temperature from susceptibility measurements and our magnetic transition temperature shows that changes in hybridization, rather than solely chemical pressure, are important in driving the evolution of magnetic order with doping.

研究の動機と目的

• FeおよびOsによる等電子ドーピング下でのURu₂Si₂における反強磁性秩序および隠れた秩序の安定性を調査すること。
• 磁気秩序の変化が化学的圧力によるものか、ハイブリダイゼーション効果によるものかを特定すること。
• μSRデータと中性子回折結果の比較により、報告された磁気モーメントの不一致を解消すること。
• ハイブリダイゼーションの役割が、隠れた秩序の抑制および磁気状態の出現にどのように関与するかを明確にすること。

提案手法

• Z反強磁性秩序と局所磁場をプローブするため、x = 0.5までのURu₂₋ₓTₓSi₂（T = Fe, Os）単結晶を用いてゼロ磁場μスピン回転（ZF-μSR）を実施した。
• 局所モーメントとハイブリダイゼーションの遷移温度を決定し、磁気転移温度と比較するための磁化率を測定した。
• ZF-μSRにおける内部磁場のドーピング依存性を分析し、磁気モーメントおよび秩序強度の変化を推定した。
• より良好に正規化された同一サンプルのニュートリノ回折データを用いて、報告された磁気モーメントの不一致を解消した。
• μSR結果を以前のニュートリノ散乱およびNMRデータと比較し、磁気体積分率およびモーメントサイズの整合性を評価した。
• ミュオン停止サイトの数値解析を実施し、測定された内部磁場に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FeおよびOsによる等電子ドーピング下でも、URu₂Si₂における反強磁性秩序は低ドーピングレベルまで持続するか？
• RQ2 ドーピングに伴い増大する内部磁場は、磁気モーメントの増大によるものか、ミュオン停止サイトの変化によるものか？
• RQ3 ハイブリダイゼーション効果—化学的圧力よりも—が、ドーピングされたURu₂Si₂における磁気秩序の進化をどの程度支配しているか？
• RQ4 なぜ中性子回折から報告された磁気モーメントはμSR測定値と著しく異なるのか？この不一致は解消可能か？
• RQ5 低ドーピング領域において、隠れた秩序と反強磁性の共存が、磁気体積分率の低下によって示唆されているように、実際に起こっているか？

主な発見

• FeドーピングにおけるZ反強磁性秩序は、x = 0.02まで、ZF-μSR測定における長寿命な振動から明らかになった。
• FeおよびOsドーピングに伴い、μSRデータにおける内部磁場が増大しており、構造的変化が最小限であるにもかかわらず、強化された磁気相関が示唆された。
• 磁気転移温度は低ドーピング域でも安定しており、ハイブリダイゼーション効果—単なる化学的圧力ではなく—が磁気秩序の主要な駆動要因であると考えられる。
• μSRデータと中性子回折の比較から、以前の磁気モーメント測定値は、考慮されていなかった多次散乱効果によって過大評価されていた可能性がある。
• x = 0.02における観察された磁気体積分率の低下は、この領域で隠れた秩序と反強磁性が共存している可能性を示唆している。
• 結果は、ハイブリダイゼーションの変化—単なる格子ひずみではなく—が、ドーピングされたURu₂Si₂における隠れた秩序の抑制を理解する上で不可欠であることを示している。