[论文解读] Inhomogeneous magnetic phases: a LOFF-like phase in Sr3Ru2O7

A. M. Berridge, A. G. Green+2 more|ArXiv.org|Oct 12, 2008

Advanced Condensed Matter Physics参考文献 1被引用 3

一句话总结

该论文提出，Sr3Ru2O7中的异常相是LOFF态的磁性类比态，其特征是由于电子态密度中的范霍夫奇点导致的具有空间调制的横向磁化。通过使用具有能带色散的斯通纳模型的吉纳斯堡-朗道展开，该理论解释了观测到的亚铁磁相变的分叉、电阻率的增强与各向异性，以及相图中'屋顶'结构的出现，为纯净样品中的实验异常现象提供了统一的解释。

ABSTRACT

The phase diagram of Sr3Ru2O7 contains a metamagnetic transition that bifurcates to enclose an anomalous phase with intriguing properties - a large resistivity with anisotropy that breaks the crystal-lattice symmetry. We propose that this is a magnetic analogue of the spatially inhomogeneous superconducting Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov state. We show - through a Ginzburg-Landau expansion where the magnetisation transverse to the applied field can become spatially inhomogeneous - that a Stoner model with electronic band dispersion can reproduce this phase diagram and transport behaviour.

研究动机与目标

• 解释Sr3Ru2O7中的异常相，其特征为电阻率峰和各向异性，作为空间非均匀磁态。
• 在具有能带色散的斯通纳模型中，建立巡游磁体中LOFF超导态的磁性类比态。
• 解释相图中亚铁磁相变线的分叉以及'屋顶'形相区的出现。
• 将观测到的各向异性电阻率与平面内磁场下非均匀磁化导致的晶格对称性破缺联系起来。
• 提供一种对杂质敏感的微观机制，与该相仅在超纯样品中出现的现象一致。

提出的方法

• 使用微观哈密顿量的吉纳斯堡-朗道展开，以模拟斯通纳模型中横向磁化的空间调制。
• 该理论引入具有范霍夫奇点的能带色散，以稳定类似于LOFF态的非均匀磁性相。
• 该模型识别出横向磁化空间调制刚度消失的临界点，触发相重构。
• 通过R、H和K⊥到温度、角度和场强的解析映射，将理论相图旋转至实验坐标系。
• 该机制通过对称性破缺解释电阻率各向异性：平面内磁场使磁性不均匀性对齐，破坏晶格对称性。
• 该模型通过排除Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和量子涨落修正作为主要驱动力，与其它理论相区别。

实验结果

研究问题

• RQ1 Sr3Ru2O7中的异常相（以电阻率峰和各向异性为标志）能否由具有空间调制的磁性态来解释？
• RQ2 Sr3Ru2O7中亚铁磁相变线的分叉是否源于具有空间调制磁化的相？
• RQ3 平面内磁场所取向如何在异常相中诱导各向异性电阻率？
• RQ4 范霍夫奇点在稳定该体系中非均匀磁序方面起什么作用？
• RQ5 为何异常相仅在超纯样品中被观测到，杂质如何影响空间调制？

主要发现

• Sr3Ru2O7中的异常相被识别为LOFF态的磁性类比态，其特征是由于电子态密度中的范霍夫奇点而稳定的具有空间调制的横向磁化。
• 吉纳斯堡-朗道理论再现了实验观测到的'屋顶'形相图，包括亚铁磁相变线的分叉。
• 电阻率峰及其各向异性源于空间调制磁化导致的增强散射，该磁化在平面内磁场下破坏了晶体对称性。
• 相变由横向磁化空间调制刚度消失触发，该点被识别为相图中的临界点。
• 该模型解释了该相对杂质的敏感性，因为杂质会平滑化稳定非均匀态的态密度峰。
• 该理论预测，在异常区域的弹性中子散射中应出现布拉格峰，尽管目前尚无此类数据。