[论文解读] Anisotropic spin-glass-like and quasi-one-dimensional magnetic behaviour in an intermetallic compound, Tb2PdSi3

P. L. Paulose, E. V. Sampathkumaran+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2003

Magnetic properties of thin films被引用 5

一句话总结

本研究识别出Tb2PdSi3为首个表现出准一维磁行为及各向异性自旋玻璃样冻结的化学计量比金属间化合物。通过单晶交流磁化率测量，发现低于10 K时出现频率依赖的峰值位移，表明存在自旋玻璃样冻结，同时观察到一个55 K的宽峰，归因于铽链中的一维反铁磁关联，挑战了此类现象仅限于绝缘体的传统观点。

ABSTRACT

We report temperature dependent ac susceptibility ($χ$) measurements on a high quality single crystal of Tb$_2$PdSi$_3$, crystallizing in a AlB$_2$-derived hexagonal structure. This compound is found to exhibit features attributable to quasi-low-dimensional magnetism at high temperatures and {\it anisotropic} spin-glass-like behavior at low temperatures ($

研究动机与目标

• 研究高质量单晶Tb2PdSi3的磁行为，该化合物具有六方AlB2衍生结构。
• 确定准低维磁性与自旋玻璃样冻结是否可在金属体系中共存，与传统预期相反。
• 解决多晶与单晶数据在磁转变及Pd-Si无序作用方面的矛盾。
• 阐明交流磁化率中55 K宽峰及其各向异性的起源，将其与一维磁关联联系起来。

提出的方法

• 在Tb2PdSi3单晶的两个晶轴方向[10̄10]和[0001]上，进行温度依赖的交流磁化率测量（1.2–1220 Hz)。
• 使用超导量子干涉器件（SQUID）测量2–150 K范围内交流磁化率的实部（χ′）和虚部（χ′′）。
• 将交流磁化率异常与结构特征相关联，特别是基面中有序的Pd-Si排列及铽离子的三角晶格。
• 利用先前工作（参考文献12）的直流磁化率数据（高于25 K），采用理论框架（参考文献21）对一维行为进行建模。
• 与中子衍射和X射线数据对比，评估Pd-Si无序与超结构形成的影响，确认由于B位有序占据导致a参数加倍。
• 通过传导电子的间接交换作用，评估三角铽亚晶格的拓扑几何阻挫及链间耦合的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 准一维磁行为是否可在金属间化合物中出现，与主流观点认为此类效应仅限于绝缘体的观点相反？
• RQ2 低于10 K时交流磁化率峰值温度的显著频率依赖性由何引起？其是否表明在化学计量比金属间化合物中存在自旋玻璃样冻结？
• RQ3 为何χ(T)中的55 K异常表现出强烈的各向异性？其在磁关联与晶体结构方面的起源是什么？
• RQ4 Pd-Si无序如何影响Tb2PdSi3的磁转变温度及磁有序性质？
• RQ5 通过传导电子实现的间接交换作用在多大程度上支持金属中的低维磁行为？

主要发现

• χ′中ν无关的峰值证实了23.6 K处的长程磁有序转变，表明为常规磁有序而非自旋玻璃冻结。
• 低于10 K时，[10̄10]取向的χ′和χ′′出现频率依赖性峰值，表明存在各向异性自旋玻璃样冻结，峰值温度随频率从1.2 Hz增至1200 Hz而从10 K升至14 K。
• H//[10̄10]方向χ(T)中55 K的宽峰归因于位于2(b)位的铽离子一维链中的反铁磁关联，与一维体系的理论预测一致。
• H//[0001]方向无55 K峰，且两方向的顺磁居里温度显著不同（[0001]为-30 K，[10̄10]为+23 K），表明在Tc以上也存在强磁各向异性。
• 对高于25 K的直流χ数据进行理论拟合，得到交换作用强度约为35 K，支持一维磁关联的存在。
• X射线与中子衍射结果证实由于Pd-Si有序占据导致a参数加倍，且仅在短波长辐射下可检测到超结构衍射峰，解释了以往检测困难的原因。