[논문 리뷰] Magnetic order and transport in the heavy-fermion system CeCu_{6-x}Au_x

H. v. Löhneysen, Andreas Neubert외 6명|arXiv (Cornell University)|1998. 02. 20.

Rare-earth and actinide compounds인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 탄성 중성자 산란 및 전기 저항 측정을 통해 CeCu_{6-x}Au_x 중성자성체 시스템의 자성 순서와 전도성 특성을 조사한다. x = 0.2일 때 Q ≈ (0.625 0 0.275) 근처의 비공명성 반자성 순서를 확인하고, x = 0.5일 때 Q ≈ (0.59 0 0)으로 변화시키며, 도핑에 따라 자성 모멘트가 증가하는 것으로 나타났다. 저항 데이터는 Kondo 효과 억제와 2k_F 근처의 이방성 밴드 구조에 의해 설명되는 자성 순서의 명확한 징후를 보였다.

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.

연구 동기 및 목표

• CeCu_{6-x}Au_x 단결정에서 금 도핑 수준(x)에 따라 자성 순서 파장벡터와 자성 모멘트를 결정하는 것.
• 중성자성체 시스템에서 자성 순서와 전자 전도성 간의 상호작용을 조사하는 것.
• Kondo 효과와 전자 밴드 구조가 저항성 및 자성 상관관계에 미치는 영향을 이해하는 것.
• 2k_F 근처 자성 순서가 전도성 비정상 현상을 증가시킨다는 이론적 예측을 검증하는 것.

제안 방법

• 탄성 중성자 산란을 사용하여 x = 0.2, 0.3, 0.5, 1.0에 대해 CeCu_{6-x}Au_x 단결정의 자성 구조를 탐색하고 순서 파장벡터 Q를 결정하였다.
• 모든 세 개의 결정학적 방향에 따라 전기 저항을 측정하여 자성 순서의 징후를 탐지하였다.
• 중성자 산란 강도 데이터에서 자성 모멘트를 추출하고 도핑 수준 x에 따라 분석하였다.
• 이론적 모델링은 정렬된 자화에 의한 Kondo 효과 억제와 이방성 밴드 구조의 역할을 고려했다.
• 이론적 분석은 순서 파장벡터 Q가 페르미 운동량 k_F의 2배인 2k_F에 가까운 경우를 가정하여 관측된 전도성 비정상 현상을 설명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CeCu_{6-x}Au_x에서 다양한 금 도핑 수준에서 자성 순서의 파장벡터는 무엇인가?
• RQ2 금 도핑 수준(x) 증가에 따라 자성 모멘트는 어떻게 변화하는가?
• RQ3 순서 전이 온도에서의 특성열 비 anomalies와 자성 모멘트 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ4 전기 저항은 자성 순서 발생에 어떻게 반응하며, 이는 전자 상관관계에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ5 관측된 전도성 거동은 어느 정도까지 Kondo 효과 억제와 2k_F 근처의 이방성 밴드 구조에 의해 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 자기 순서 파장벡터는 비공명성이며, x = 0.2일 때 Q ≈ (0.625 0 0.275)이고, x = 0.3일 때 거의 변화 없이 유지되며, x = 0.5 및 x = 1.0일 때 Q ≈ (0.59 0 0)으로 변화한다.
• 소규모 x(예: x = 0.2)에서 자화 모멘트가 급격히 증가하고, 더 큰 x에서는 느린 증가를 보이며, T_N에서 관측된 특성열 비의 증가와 일치한다.
• x = 0.2에서 단기 자성 상관관계가 관측되었으며, 이는 이전에 x = 0.1에서 보고된 바와 유사하다.
• 전기 저항 측정에서 자성 순서의 명확한 이방성 징후를 확인하였으며, 다양한 결정학적 방향에서 다른 거동를 보였다.
• 이론적 모델링은 전도성 비정상 현상을 정렬된 자화에 의한 Kondo 효과의 부분적 억제와 정렬된 자기장에 의해 유도된 전자 밴드 구조의 이방성에 기인한다고 설명하였다.
• 실험과 이론 간의 일치가 가장 높은 경우는 순서 파장벡터 Q가 2k_F에 가까울 때였으며, 이는 이론적 프레임워크를 지지하는 바이다.