[論文レビュー] Pressure effects on the heavy-fermion antiferromagnet CeAuSb2

S. Seo, V. A. Sidorov+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2012

Rare-earth and actinide compounds被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、高品質な重いフェルミオン反強磁性体であるCeAuSb2における圧力誘発量子相転移を調査する。300 Kから1.2 Kの温度範囲で、最大5.5 GPaまでの電気抵抗率および比熱測定により、2.1 GPaを超える圧力で新たな相が出現し、ドーム型の転移を示し、複数の相が共存する複雑な磁気相図が明らかになった。一方、T²抵抗率挙動およびAおよびρ₀係数の増加は、より高い圧力で磁気量子臨界点が存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

The f-electron compound CeAuSb2, which crystallizes in the ZrCuSi2-type tetragonal structure, orders antiferromagnetically between 5 and 6.8 K, where the antiferromagnetic transition temperature T_N depends on the occupancy of the Au site. Here we report the electrical resistivity and heat capacity of a high-quality crystal CeAuSb2 with T_N of 6.8 K, the highest for this compound. The magnetic transition temperature is initially suppressed with pressure, but is intercepted by a new magnetic state above 2.1 GPa. The new phase shows a dome shape with pressure and coexists with another phase at pressures higher than 4.7 GPa. The electrical resistivity shows a T^2 Fermi liquids behavior in the complex magnetic state, and the residual resistivity and the T^2 resistivity coefficient increases with pressure, suggesting the possibility of a magnetic quantum critical point at a higher pressure.

研究の動機と目的

• 高品質なCeAuSb2単結晶（T_N = 6.8 K）における磁気秩序と電子相関の圧力依存性を調査すること。
• 不純物効果を最小限に抑えるために、残留抵抗比（RRR = 14）が高く、ほぼ化学 stoichiometric な結晶を用いることで、先行研究との不一致を解消すること。
• 電子的性質の発散が示唆するように、圧力がCeAuSb2を磁気量子臨界点へとチューニングするかどうかを特定すること。
• 圧力下での結晶場効果（CEF）および競合するRKKY/Kondo相互作用の役割を明確にすること。

提案手法

• CeAuSb2の高品質単結晶は、Au過剰を用いた自己フラックス法により合成され、電子線マイクロプローブ分析によりAuサイト欠陥が最小限に抑えられていることが確認された。
• 電気抵抗率は、4He冷凍機を用いた4端子法により、1.2 Kから300 Kの温度範囲で静水圧下で測定された。
• 比熱は、交流カロリメトリによる測定法を用い、振動する熱入力とタイプE熱電対を用いて2f周波数の温度振動を検出していた。
• 圧力は、Be-Cu/NiCrAlクラamp型セル（最大3 GPa）およびボロンエポキシ封止材とテフロンカプセルを用いたトロイダルアンビルセル（最大5.5 GPa）を用いて印加され、Pbの超伝導転移温度を用いてキャリブレーションされた。
• 量子臨界行動を探索するために、圧力依存のT²抵抗率係数Aおよび残留抵抗率ρ₀の変化を抽出した。
• 抵抗率の異常および比熱データからなる磁気相図を構築し、相境界および転移温度を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 圧力がCeAuSb2の反強磁性転移温度T_Nをゼロに近づけるかどうか、すなわち磁気量子臨界点を示唆するか？
• RQ2 2.1 GPaを超えて出現する新たな磁気相が、電子的挙動および抵抗率スケーリングに与える影響は何か？
• RQ3 結晶場効果（CEF）および競合するRKKY/Kondo相互作用が、CeAuSb2における圧力駆動相転移をどのように支配するか？
• RQ4 非単調的な相の変化とは対照的に、T²抵抗率係数Aおよび残留抵抗率ρ₀が圧力に伴い単調に増加する理由は何か？
• RQ5 測定範囲を超えた圧力でAおよびρ₀の増加が、磁気量子臨界点の存在を示唆するものか？

主な発見

• 反強磁性転移温度T_Nは圧力に伴い低下するが、2.1 GPaで抑制され、ドーム型のT_Nプロファイルを示す新たな磁気相（相1）が出現する。
• 4.7 GPaを超える圧力では、相1と新たな相（相2）が共存し、圧力下での複雑な磁気秩序の競合が示された。
• 全圧力範囲で1.2 KまでT²依存性を示す電気抵抗率は、全相図にわたり、ランドー＝フェルミ液体行動の支配的支配を確認した。
• 1 barから5.5 GPaにかけて、T²抵抗率係数Aは0.56から2.64 μΩ·cm·K⁻²に増加し、有効電子質量が4.7倍に増大した。
• 同じ圧力範囲で残留抵抗率ρ₀は4.42から10.09 μΩ·cmに増加し、Aと同程度の相対的増大を示し、散乱および質量増大が進行していることを示唆した。
• 非単調的な相転移とは対照的に、Aおよびρ₀が5.5 GPaまで単調に増加する傾向は、より高い圧力で磁気量子臨界点が存在する可能性を示唆している。