[論文レビュー] Magnetic order and transport in the heavy-fermion system CeCu_{6-x}Au_x

H. v. Löhneysen, Andreas Neubert+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 1998

Rare-earth and actinide compounds被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、弾性中性子散乱および電気抵抗測定を用いて、CeCu_{6-x}Au_x 重フェルミオン系における磁気秩序と輸送特性を調査した。x = 0.2 の場合、Q ≈ (0.625 0 0.275) の近傍で非共鳴的反強磁性秩序を特定し、x = 0.5 では Q ≈ (0.59 0 0) に進化する。磁気モーメントはドーピングに伴い増加するが、抵抗率データは磁気秩序の明確な兆候を示し、これは Kondo 効果の抑制および 2k_F 近傍の異方的バンド構造によって説明される。

ABSTRACT

We report on extensive elastic neutron scattering to determine the wave vector of the magnetic order in CeCu_{6-x}Au_x single crystals for x > 0.1. For all values of x investigated (0.2, 0.3, 0.5, 1.0) we find long-range incommensurate antiferromagnetic order with an ordering vector Q $\approx$ (0.625 0 0.275) for x=0.2, nearly unchanged for x=0.3, and Q $\approx$ (0.59 0 0) for x=0.5, staying roughly the same for x=1.0. In addition, short-range correlations are observed at x=0.2, reminiscent of those found previously for x=0.1. The ordered magnetic moment is found to increase rapidly for small x, and more slowly for the larger x values. The increase of the specific-heat anomaly at the ordering temperature with x is in qualitative accord with this behavior. Finally, data of the electrical resistivity for current flow along the three crystallographic directions are presented, showing a clear signature of the magnetic order. A theoretical interpretation of the interplay of magnetic order and transport in terms of (i) the partial suppression of the Kondo effect by the staggered magnetization and (ii) the anisotropic band structure induced by the staggered field is shown to account well for the data, provided the ordering vector Q is close to 2 k_F, where k_F is a typical Fermi momentum.

研究の動機と目的

• CeCu_{6-x}Au_x 単結晶における磁気秩序波数および磁気モーメントを、金ドーピング（x）の変化に応じて特定すること。
• 重フェルミオン系における磁気秩序と電子的輸送の相関を調査すること。
• Kondo 効果および電子バンド構造が抵抗率および磁気相関に与える影響を理解すること。
• 理論的予測である『2k_F 近傍の磁気秩序が輸送異常の増強を引き起こす』ことを検証すること。

提案手法

• 弾性中性子散乱を用いて、x = 0.2, 0.3, 0.5, 1.0 の CeCu_{6-x}Au_x 単結晶における磁気構造を調べ、秩序波数 Q を決定した。
• 電気抵抗を全3方向に沿って測定し、磁気秩序の兆候を検出した。
• 中性子散乱強度データから磁気モーメントを抽出し、ドーピング x の関数として分析した。
• 理論的モデリングでは、スタガレート磁化による Kondo 効果の抑制および異方的バンド構造の役割を検討した。
• 理論的分析では、秩序波数 Q がフェルミ運動量 k_F の 2 倍に近い（Q ≈ 2k_F）と仮定し、観測された輸送異常を説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CeCu_{6-x}Au_x における磁気秩序の波数は、金ドーピングレベルの変化に応じてどのように変化するか？
• RQ2 金ドーピング（x）の増加に伴い、磁気モーメントはどのように変化するか？
• RQ3 秩序温度における比熱異常と磁気モーメントの関係は何か？
• RQ4 電気抵抗は磁気秩序の発現にどのように反応し、電子相関に何を明らかにするか？
• RQ5 観測された輸送挙動の多くは、Kondo 効果の抑制および 2k_F 近傍の異方的バンド構造によってどの程度説明可能か？

主な発見

• 磁気秩序波数は非共鳴的であり、x = 0.2 の場合 Q ≈ (0.625 0 0.275) で、x = 0.3 ではほぼ変化せず、x = 0.5 および x = 1.0 では Q ≈ (0.59 0 0) に進化する。
• 磁気モーメントは x が小さい範囲（x = 0.2）で急激に増加し、x が大きくなると増加が緩やかになるが、T_N における比熱異常の増強と整合的である。
• x = 0.2 では短距離磁気相関が観察され、x = 0.1 のときと類似した特徴を示す。
• 電気抵抗測定では、磁気秩序の明確な異方的兆候が観察され、結晶学的各方向で異なる挙動を示す。
• 理論的モデリングでは、スピンスタガレート磁化による Kondo 効果の部分的抑制および、スピンスタガレート場によって誘起される電子バンド構造の異方性が、輸送異常の原因であるとされる。
• 理論と実験の一致が、秩序波数 Q が 2k_F に近い場合に最も強く、理論的枠組みの妥当性を支持する。