[论文解读] Antiferromagnetism and Hidden Order in Isoelectronic Doping of URu$_2$Si$_2$

M. N. Wilson, T. J. Williams+9 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2015

Rare-earth and actinide compounds被引用 3

一句话总结

本研究通过μ子自旋旋转（μSR）和磁化率测量，表明在URu₂Si₂中进行等电子掺杂（Fe或Os）可将长程反铁磁序维持至极低掺杂水平（x = 0.02），内部磁场增强表明磁关联增强。结果表明，杂化变化——而不仅仅是结构效应——驱动磁序的演化，挑战了基于纯化学压力的隐秩序抑制模型。

ABSTRACT

We present muon spin rotation ($μ$SR) and susceptibility measurements on single crystals of isoelectronically doped URu$_{2-x}$T$_x$Si$_2$ (T = Fe, Os) for doping levels up to 50\%. Zero Field (ZF) $μ$SR measurements show long-lived oscillations demonstrating that an antiferromagnetic state exists down to low doping levels for both Os and Fe dopants. The measurements further show an increase in the internal field with doping for both Fe and Os. Comparison of the local moment - hybridization crossover temperature from susceptibility measurements and our magnetic transition temperature shows that changes in hybridization, rather than solely chemical pressure, are important in driving the evolution of magnetic order with doping.

研究动机与目标

• 研究在Fe和Os等电子掺杂下，URu₂Si₂中反铁磁序与隐秩序的稳定性。
• 确定磁序变化是否由化学压力或杂化效应驱动。
• 通过比较μSR数据与中子衍射结果，解决报告磁矩值之间的差异。
• 澄清杂化在隐秩序抑制与磁性态出现中的作用。

提出的方法

• 对单晶URu₂₋ₓTₓSi₂（T = Fe, Os）在x ≤ 0.5范围内进行零场μ子自旋旋转（ZF-μSR）测量，以探测局部磁场与长程有序。
• 测量磁化率以确定局域磁矩-杂化交叉温度，并与磁转变温度进行比较。
• 分析ZF-μSR中内部磁场的掺杂依赖性，推断磁矩与有序强度的变化。
• 利用相同样品的中子衍射数据并改进归一化处理，以解决报告磁矩值之间的差异。
• 将μSR结果与以往中子散射和NMR数据进行比较，评估磁性体积分数与磁矩大小的一致性。
• 对μ子停止位点进行数值分析，以评估其对测得内部磁场的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Fe和Os等电子掺杂下，URu₂Si₂中的反铁磁序是否可维持至极低掺杂水平？
• RQ2 随着掺杂增加，μSR中观测到的内部磁场增强是由于磁矩增强，还是μ子停止位点的变化所致？
• RQ3 在掺杂URu₂Si₂中，杂化效应在磁序演化中所起的作用有多大，而非仅化学压力？
• RQ4 为何中子衍射报告的磁矩值与μSR测量值存在显著差异？这一差异能否得到解释？
• RQ5 正如磁性体积分数降低所暗示的，低掺杂水平下隐秩序与反铁磁序是否共存？

主要发现

• 在Fe掺杂的URu₂Si₂中，反铁磁序可维持至x = 0.02，μSR测量中长寿命振荡现象证实了这一点。
• μSR数据中内部磁场随Fe和Os掺杂而增强，表明尽管结构变化极小，磁关联仍显著增强。
• 磁转变温度在低掺杂下保持稳定，表明杂化效应——而非仅化学压力——是磁序的关键驱动力。
• μSR数据与中子衍射结果的对比表明，以往磁矩测量值可能因未考虑多重散射效应而被高估。
• 在x = 0.02时，观测到的磁性体积分数下降，表明该区域可能存在隐秩序与反铁磁序的共存。
• 结果表明，杂化变化——而不仅仅是晶格应变——在理解掺杂URu₂Si₂中隐秩序抑制机制中至关重要。