[论文解读] Magnetic structure of CeRhIn_5 as a function of pressure and temperature

A. Llobet, J. S. Gardner+9 more|Max Planck Institute for Plasma Physics|Jul 2, 2003

Biochemical effects in animals被引用 4

一句话总结

本研究利用单晶中子衍射和电学电阻率测量，探究了CeRhIn₅在压力和温度依赖下的磁结构及超导转变行为。结果表明，在1.63 GPa以下，非公度磁结构和自旋翻转矩仅发生微小变化，且体超导性与相对较大的磁矩共存，挑战了先前的NQR解释，并提示4f电子在介导反铁磁性和非传统超导性方面具有独特双重作用。

ABSTRACT

We report magnetic neutron-diffraction and electrical resistivity studies on single crystals of the heavy-fermion antiferromagnet CeRhIn$_{5}$ at pressures up to 2.3 GPa. These experiments show that the staggered moment of Ce and the incommensurate magnetic structure change weakly with applied pressure up to 1.63 GPa, where resistivity, specific heat and NQR measurements confirm the presence of bulk superconductivity. This work places new constraints on an interpretation of the relationship between antiferromagnetism and unconventional superconductivity in CeRhIn$_{5}$.

研究动机与目标

• 为解决CeRhIn₅磁序压力演化过程中中子衍射与NQR测量结果之间的矛盾解释。
• 确定CeRhIn₅在静水压下至2.3 GPa时，其磁结构与有序磁矩是否发生显著变化。
• 阐明在量子临界点附近反铁磁性与非传统超导性共存的微观本质。
• 基于高质量单晶测量，建立可靠的CeRhIn₅ P-T相图。
• 评估早期报告中关于1.3 GPa附近磁波矢显著变化及反铁磁序消失的可信度。

提出的方法

• 在高达2.3 GPa的静水压下，对CeRhIn₅单晶进行高分辨率磁性中子衍射测量。
• 同步进行电学电阻率测量，以识别超导转变温度与磁性转变温度。
• 使用热解石墨分析器以增强q扫描测量中磁性反射附近的信背比。
• 分析衍射数据，确定非公度波矢q与每个Ce离子的自旋翻转矩。
• 将中子衍射结果与先前的NQR、比热及电阻率数据进行对比，以解决数据差异。
• 系统性地改变温度与压力，以绘制磁性与超导相边界。

实验结果

研究问题

• RQ1 CeRhIn₅的非公度磁结构在静水压增至2.3 GPa时如何演化？
• RQ2 如某些NQR研究所示，CeRhIn₅中Ce的自旋翻转磁矩是否在压力下显著减小？
• RQ3 是否存在1.3 GPa附近磁波矢变化或新磁序出现的证据，如先前报道？
• RQ4 在压力下，CeRhIn₅中反铁磁性与非传统超导性的共存如何在微观上体现？
• RQ5 115In位点的超精细耦合的真实性质是什么？其是否随压力变化，以解释NQR测得的内场减小？

主要发现

• 非公度磁波矢q = (0.5, 0.5, δ)在压力下仅发生微小变化，δ从常压下的0.297增至1.63 GPa时的0.396。
• 在1.63 GPa以下，Ce的自旋翻转磁矩保持在(0.67 ± 0.04) μB/离子左右，表明磁矩无显著减小。
• 在1.63 GPa下确认存在体超导性，Tc ≈ 2.2 K，且与长程反铁磁有序共存。
• 未观察到(0.5, 0.5, 0.5)或(0.5, 0.5, 0)处的额外磁性反射，排除了磁矩在ab面外大范围倾斜的可能性。
• 结果与早期报道中1.3 GPa附近磁矩减少20%及反铁磁序消失的结论不一致，提示该研究可能存在实验或解释误差。
• 中子衍射与NQR数据之间的差异暂归因于压力诱导的超精细耦合变化，而非有序磁矩的减少。