[论文解读] Heavy fermion material: Ce versus Yb case

J. Flouquet, Hisatomo Harima|ArXiv.org|Oct 16, 2009

Rare-earth and actinide compounds被引用 4

一句话总结

本综述比较了铈（Ce）和镱（Yb）基重费米子材料，以探究由磁性与价态不稳定性驱动的量子临界性。通过调节压力或磁场，研究揭示了非费米液体行为、非常规超导性以及临界点附近的场诱导再进入现象，凸显了强电子关联在新兴量子现象中的作用。

ABSTRACT

Heavy fermion compounds are complex systems but excellent materials to study quantum criticality with the switch of different ground states. Here a special attention is given on the interplay between magnetic and valence instabilities which can be crossed or approached by tuning the system by pressure or magnetic field. By contrast to conventional rare earth magnetism or classical s wave superconductivity, strong couplings may occur with drastic changes in spin or charge dynamics. Measurements on Ce materials give already a sound basis with clear key factors; they have pointed out that close to a magnetic or a valence criticality unexpected phenomena such as unconventional superconductivity, non Fermi liquid behaviour and the possibility of re-entrance phenomena under magnetic field. Recent progresses in the growth of Yb heavy fermion compounds give the perspectives of clear interplays between valence and magnetic fluctuations and also the possibility to enter in new situations such as valence transitions inside a sole doublet crystal field ground state.

研究动机与目标

• 研究重费米子化合物中磁性与价态不稳定性之间的相互作用。
• 比较铈（Ce）基与镱（Yb）基体系在探测量子临界性方面的表现。
• 理解通过调节压力或磁场如何诱导非常规量子相。
• 探索临界点附近非费米液体行为与非常规超导性的出现机制。
• 评估镱化合物在双态晶体场基态下研究价态转变的潜力。

提出的方法

• 分析铈（Ce）基重费米子化合物在压力和磁场调制下的实验数据。
• 综述近期高质量镱（Yb）基重费米子材料的生长进展。
• 利用热力学与输运测量比较磁性与价态临界行为。
• 采用量子临界标度理论解释相变附近非费米液体行为。
• 检查磁场依赖现象，如再进入行为与超导穹顶抑制。
• 对具有局域f电子自旋矩的体系中强电子关联的理论解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 在铈（Ce）和镱（Yb）基重费米子体系中，磁性与价态不稳定性如何竞争或共存？
• RQ2 在压力和磁场作用下，铈（Ce）基化合物中量子临界性的特征表现为何？
• RQ3 在镱（Yb）基材料中，非常规超导性是否可能在价态临界点附近出现？
• RQ4 双态晶体场基态在镱化合物中实现价态转变的过程中起到何种作用？
• RQ5 外加磁场如何在重费米子体系中诱导再进入行为？

主要发现

• 铈（Ce）基重费米子化合物在磁性或价态相变附近表现出明确的量子临界性证据，并伴随非常规超导性。
• 在接近量子临界点的铈（Ce）体系中观测到非费米液体行为，表明存在强电子关联。
• 在铈（Ce）化合物中观测到磁场诱导的再进入现象，暗示超导性与磁性之间存在复杂相互作用。
• 近期镱（Yb）化合物生长技术的进步使得在双态基态下研究价态涨落成为可能，为探索量子临界性开辟了新途径。
• 镱（Yb）体系由于在明确的晶体场环境中同时存在价态与磁性涨落，展现出实现新型量子相的潜力。
• 对铈（Ce）与镱（Yb）体系的比较揭示了在f电子材料中探索强关联效应的截然不同但互补的路径。