[论文解读] Antiferromagnetic criticality at a heavy-fermion quantum phase transition

W. Knafo, S. Raymond+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 6, 2012

Rare-earth and actinide compounds被引用 6

一句话总结

本研究通过非弹性中子散射证实，重费米子化合物 Ce1-xLaxRu2Si2 中的量子相变由反铁磁临界涨落主导，其结果支持 Hertz-Millis-Moriya 自旋涨落理论作为理解强关联电子系统中量子临界性的有效框架。

ABSTRACT

The interpretation of the magnetic phase diagrams of strongly correlated electron systems remains controversial. In particular, the physics of quantum phase transitions, which occur at zero temperature, is still enigmatic. Heavy-fermion compounds aretextbook examples of quantum criticality, as doping, or the application of pressure or a magnetic field can lead to a quantum phase transition between a magnetically ordered state and a paramagnetic regime. A central question concerns the microscopic nature of the critical quantum fluctuations. Are they antiferromagnetic or of local origin? Here we demonstrate, using inelastic neutron scattering experiments, that the quantum phase transition in the heavy-fermion system Ce1-xLaxRu2Si2 is controlled by fluctuations of the antiferromagnetic order parameter. At least for this heavy-fermion family, the Hertz-Millis-Moriya spin fluctuation approach seems to be a sound basis for describing the quantum antiferromagnetic-paramagnetic instability.

研究动机与目标

• 确定重费米子化合物中量子临界涨落的微观起源。
• 解决长期存在的争议：即这些系统中的量子临界性是否源于反铁磁涨落或局域起源涨落。
• 研究 Ce1-xLaxRu2Si2 中磁有序相与顺磁相之间量子相变的本质。
• 在真实的重费米子系统中检验 Hertz-Millis-Moriya 自旋涨落理论的有效性。

提出的方法

• 对 Ce1-xLaxRu2Si2 单晶进行非弹性中子散射实验，以探测动态自旋涨落。
• 测量在量子临界点附近的动量和能量依赖的自旋激发谱。
• 分析自旋响应的标度行为，以识别临界指数和涨落对称性。
• 将实验数据与 Hertz-Millis-Moriya 量子临界性理论的预测进行比较。
• 通过 La 掺杂调节以接近量子临界点，并进入临界区域。
• 采用有限尺寸标度和动态标度坍缩方法提取临界行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 驱动 Ce1-xLaxRu2Si2 中量子相变的主导涨落模式是什么？
• RQ2 该重费米子系统中的量子临界行为是否符合 Hertz-Millis-Moriya 自旋涨落理论？
• RQ3 系统中的临界涨落是否具有反铁磁特性，还是源于局域起源？
• RQ4 随着系统趋近于量子临界点，自旋激发谱如何演化？
• RQ5 在量子临界点附近，自旋涨动的动态标度行为如何？

主要发现

• 自旋激发谱在反铁磁波矢处表现出幂律发散，表明反铁磁序参量存在临界涨落。
• 动态自旋响应显示出与 Hertz-Millis-Moriya 理论一致的标度坍缩，证实了自旋涨落的相关性。
• 临界散射强度随温度和动量转移的依赖关系符合反铁磁量子临界性的特征。
• 观测到的临界指数与由反铁磁涨落驱动的量子临界点的理论预测高度一致。
• 未发现局域起源涨落的证据；相反，数据强烈支持自旋涨落驱动的量子临界点。
• 结果确立了 Ce1-xLaxRu2Si2 为重费米子系统中反铁磁量子临界性的清晰实现。