[论文解读] Magnetic order and transport in the heavy-fermion system CeCu_{6-x}Au_x

H. v. Löhneysen, Andreas Neubert+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 1998

Rare-earth and actinide compounds被引用 4

一句话总结

本研究通过弹性中子散射和电阻率测量，研究了 CeCu_{6-x}Au_x 重费米子体系中的磁序与输运性质。结果发现，在 x = 0.2 时，存在波矢约为 Q ≈ (0.625 0 0.275) 的非整数反铁磁序，随掺杂浓度增加，该波矢演化为 x = 0.5 时的 Q ≈ (0.59 0 0)，并表明磁矩随掺杂浓度增加而增大；电阻率数据揭示了磁序的清晰信号，其机制可由 Kondo 效应抑制及 2k_F 附近各向异性能带结构解释。

ABSTRACT

We report on extensive elastic neutron scattering to determine the wave vector of the magnetic order in CeCu_{6-x}Au_x single crystals for x > 0.1. For all values of x investigated (0.2, 0.3, 0.5, 1.0) we find long-range incommensurate antiferromagnetic order with an ordering vector Q $\approx$ (0.625 0 0.275) for x=0.2, nearly unchanged for x=0.3, and Q $\approx$ (0.59 0 0) for x=0.5, staying roughly the same for x=1.0. In addition, short-range correlations are observed at x=0.2, reminiscent of those found previously for x=0.1. The ordered magnetic moment is found to increase rapidly for small x, and more slowly for the larger x values. The increase of the specific-heat anomaly at the ordering temperature with x is in qualitative accord with this behavior. Finally, data of the electrical resistivity for current flow along the three crystallographic directions are presented, showing a clear signature of the magnetic order. A theoretical interpretation of the interplay of magnetic order and transport in terms of (i) the partial suppression of the Kondo effect by the staggered magnetization and (ii) the anisotropic band structure induced by the staggered field is shown to account well for the data, provided the ordering vector Q is close to 2 k_F, where k_F is a typical Fermi momentum.

研究动机与目标

• 确定 CeCu_{6-x}Au_x 单晶在不同金掺杂浓度（x）下的磁有序波矢与磁矩。
• 研究重费米子体系中磁序与电子输运之间的相互作用。
• 理解 Kondo 效应与电子能带结构如何影响电阻率与磁关联。
• 检验理论预测：在 2k_F 附近的磁序会导致输运异常增强。

提出的方法

• 采用弹性中子散射探测 CeCu_{6-x}Au_x 单晶（x = 0.2, 0.3, 0.5, 1.0）的磁结构，并确定磁有序波矢 Q。
• 沿所有三个晶轴方向测量电阻率，以探测磁序的信号。
• 从中子散射强度数据中提取磁矩，并分析其随掺杂浓度 x 的变化。
• 理论建模考虑了由交替磁化引起的 Kondo 效应抑制及能带各向异性的作用。
• 理论分析假设磁有序波矢 Q 接近 2k_F（k_F 为费米动量），以解释观测到的输运异常。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同金掺杂水平下，CeCu_{6-x}Au_x 的磁序波矢为何？
• RQ2 随着金掺杂浓度（x）的增加，磁矩如何演化？
• RQ3 磁有序温度处的比热异常与磁矩之间存在何种关系？
• RQ4 电阻率在磁序 onset 时如何响应，其揭示了何种电子关联特性？
• RQ5 观测到的输运行为在多大程度上可由 Kondo 效应抑制与 2k_F 附近各向异性能带结构解释？

主要发现

• 磁有序波矢为非整数，x = 0.2 时 Q ≈ (0.625 0 0.275)，x = 0.3 时基本保持不变，随 x 增加演化为 x = 0.5 和 x = 1.0 时的 Q ≈ (0.59 0 0)。
• 在小 x（x = 0.2）时磁矩迅速增加，x 较大时增长变缓，与 T_N 处比热异常增强的观测结果一致。
• 在 x = 0.2 时观测到短程磁关联，与先前报道的 x = 0.1 时的特征相似。
• 电阻率测量显示磁序具有明显的各向异性特征，不同晶轴方向表现出显著差异。
• 理论建模将输运异常归因于交替磁化对 Kondo 效应的部分抑制，以及由交替场诱导的电子能带各向异性。
• 当磁有序波矢 Q 接近 2k_F 时，实验与理论的吻合度最高，支持了该理论框架。