[论文解读] Formation of short-range magnetic order and avoided ferromagnetic quantum criticality in pressurized LaCrGe$_3$
本研究通过多技术实验探究了高压下LaCrGe₃中铁磁量子临界性的抑制，揭示在约1.5 GPa处出现一级相变，并在该压力之上出现短程磁序，而非长程反铁磁序。结果表明，LaCrGe₃是少数在避免的量子临界点附近连接纯净与弱无序巡游铁磁体的罕见体系。
LaCrGe$_3$ has attracted attention as a paradigm example of the avoidance of ferromagnetic (FM) quantum criticality in an itinerant magnet. By combining thermodynamic, transport, x-ray and neutron scattering as well as $μ$SR measurements, we refined the temperature-pressure phase diagram of LaCrGe$_3$. We provide thermodynamic evidence (i) for the first-order character of the FM transition when it is suppressed to low temperatures and (ii) for the formation of new phases at high pressures. From our microscopic data, we infer that short-range FM ordered clusters exist in these high-pressure phases. These results suggest that LaCrGe$_3$ is a rare example, which fills the gap between the two extreme limits of avoided FM quantum criticality in clean and strongly disordered metals.
研究动机与目标
- 解析LaCrGe₃在高压下磁相变的本质，特别是接近避免的铁磁量子临界点时的行为。
- 确定高压相中长程反铁磁序还是短程磁关联占主导地位。
- 评估弱无序及竞争的铁磁/反铁磁相互作用在避免量子临界点附近稳定短程磁序中的作用。
- 利用热力学、输运和显微探测手段，完善LaCrGe₃的温度-压力相图。
提出的方法
- 执行高压输运、比热和热膨胀测量，以探测相变和异常现象。
- 开展X射线和中子衍射，监测晶格参数及磁性Bragg峰强度的变化。
- 应用μ子自旋旋转（µSR）技术探测局域磁场所区分长程与短程磁序。
- 分析热力学量的异常贡献（ΔC/T, Δα），以识别临界行为和相变。
- 利用中子散射追踪(1 0 0)Bragg峰强度的演化，该参数对磁序敏感。
- 整合多种技术的数据，构建全面的温度-压力相图。
实验结果
研究问题
- RQ1当压力抑制LaCrGe₃的铁磁转变至更低温度时，其磁转变的本质是什么？
- RQ2LaCrGe₃的高压相是否表现出长程反铁磁序或短程磁关联？
- RQ3在约1.5 GPa处从二级相变到一级相变的转变是否是纯净巡游铁磁体中避免量子临界性的标志？
- RQ4弱无序或竞争相互作用在多大程度上驱动了避免量子临界点附近短程磁序的形成？
- RQ5晶格畸变和体积变化如何与高压下新磁相的出现相关联？
主要发现
- LaCrGe₃中的铁磁转变在约1.5 GPa的三临界点处变为一级相变，为避免铁磁量子临界性提供了热力学证据。
- 在高压（≈1.9 GPa）下出现两个显著异常峰T₁和T₂，表明在一级相变线之上形成了新的磁相。
- 在T₁以下，磁性体积分数强烈依赖于温度，表明存在动态短程磁序，而非长程磁序。
- 即使在T₂ < T₁以下，系统仍保持剩余磁化强度，证实不存在长程反铁磁序，支持短程铁磁团簇的存在。
- 在T₁和T₂之间未观察到显著的晶格对称性变化，排除了具有强晶格耦合的自旋向列相。
- 结果表明，LaCrGe₃是少数在纯净巡游铁磁体中表现出短程磁序的罕见体系，填补了在避免量子临界点附近纯净与强无序体系之间的空白。
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