hrvatski

Magnetska svojstva cerijevih metalnih spojeva: elektronske korelacije i kristalno polje

Istraživali smo magnetska svojstva teškog fermiona, Ce_(x)La_(1-x)Cu_(2.05)Si_(2), za x između 0.01 i 1.00, u temperaturnom području između 2 K i 340 K i u magnetskim poljima do 0.9 T. Magnetsku susceptibilnost mjerili smo Faradayevom metodom na praškastim uzorcima, a anizotropiju susceptibilnosti pomoću torzije na polikristaliničnim uzorcima. Pokazali smo da je u slučaju jednoosne kristalne strukture torzija na polikristalnim uzorcima proporcionalna razlici između dviju principalnih susceptibilnosti. U granici razrijeđenog spoja (x<0.1) magnetska susceptibilnost po molu cerija chi _Ce-mol, koncentracijski je neovisna na svim temperaturama, što znači da sistem možemo opisati modelom jedne primjese. Pažljivom analizom magnetskog odgovora, izdvojili smo susceptibilnost jedne primjese, chi _ion(T)=chi _Ce-mol (x<0.1,T), koja se može povezati s Kondo susceptibilnošću f^1 multipleta (J=5/2) rascijepljenog tetragonalnim kristalnim poljem (CF). Mjerenja anizotropije pokazuju da je cerijev moment jako anizotropan. Anizotropija ima maksimum na oko 50K a u granici T = >0 teži konačnoj vrijednosti za sve koncentracije, što pokazuje jak utjecaj kristalnog polja. Napravljen je teorijski proračun za anizotropnu susceptibilnost chi _CF(T) izoliranog Ce iona u tetragonalnom CF-u. Coqblin-Schrieffer model s CF procijepom, za slučaj dublet-kvartet sheme, riješen je pomoću “poor-man's” skaliranja i na taj način dobivena je temperaturna ovisnost Kondo interakcije rho*J(T/T_K). Ovdje je T_K Kondo temperatura. Korekcije najnižeg reda zbog interakcije izmjene između f-stanja i vodljive vrpce daju izraz za susceptibilnost, chi _teor(T)=chi _CF(T)*[ 1-2*rho*J(T/T_K)] . Ova formula izvrsno opisuje eksperimentalne rezultate chi _ion(T), za T<= 20 K. Ovisno o izboru vrijednosti prekida skaliranja (cut-off), ustanovljena je T_K između 2 K i 10 K. Za veće koncentracije (0.1< x<0.9), na niskim temperaturama magnetska susceptibilnost se u odnosu na chi _ion(T) reducira i do 60%. Ovu redukciju pripisujemo interakcijama između cerijevih iona. Eksperimentalne rezultate dobro opisuje formula chi _Ce-mol(x,T)= chi _ion(T)/(1+lambda(x)*chi _ion(T)), gdje je lambda (x) koncentracijski ovisna konstanta molekularnog polja opisana antiferomagnetskom RKKY interakcijom među cerijevim magnetskim momentima. Susceptibilnosti ne pokazuju tendenciju saturacije sve do najnižih temperatura, tj. na T=2 K sistem još ne poprima svojstva Fermijeve tekućine. Za visoke koncentracije, x > 0.9, na niskim temperaturama, primjetan je jači porast susceptibilnosti kao funkcije koncentracije i kao funkcije temperature, što nastaje zbog formiranja “Kondo rešetke”.

magnetska susceptibilnost; Kondo efekt; kristalno električno polje; teški fermioni

nije evidentirano