重费米子铁磁量子临界材料CeRh6Ge4的掺杂研究

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重费米子体系的物理基态可以被多种非热力学手段调控(外加磁场、化学掺杂、施加压力等);经调控后,有些材料甚至能达到量子临界点;在量子临界点附近,材料又往往会表现出诸如非常规超导、非费米液体行为等许多新奇的物理性质,因此重费米子材料也成为了探索和研究量子临界行为的重要平台。然而不同于反铁磁量子临界点的丰富性,几十年来被发现的铁磁量子临界点寥寥无几。最近,我们实验室首次在纯净的铁磁重费米子化合物CeRh6Ge4中观察到了压致铁磁量子相变,且在量子临界点附近能发现奇异金属行为,为研究铁磁量子临界现象开辟了新的方向。为了进一步研究CeRh6Ge4中铁磁量子相变的起源以及相关临界行为,本文选择对不同原子位置进行元素替换,研究化学掺杂诱导的量子相变的相关性质。采用电弧熔炼法,我们成功制备了 Ce(Rh1-Nix)6Ge4(x≤0.20)的多晶样品,通过多种物性测量,我们发现,随着Ni掺杂浓度的增加,体系受化学正压影响,晶格被压缩,铁磁序被抑制。此外,Ni/Rh替换所引入的无序效应很强,它一方面破坏了体系中磁性子晶格的周期性,使之无法形成近藤晶格,另一方面也使体系在x=0.20时,表现出了与Griffiths-phase模型相一致的非费米液体行为:比热系数C/T~T-1+λc,磁化率χ~T-1+λx,且λc,λχ<1。对CeRh6Ge4而言,非磁性元素La的掺杂会稀释体系中的4f电子,从而能够调控RKKY相互作用、Kondo效应以及二者之间的竞争。我们分别使用了电弧熔炼法和助熔剂法制备得到了LaxCe1-xRh6Ge4的多晶和单晶样品,基本实现了由0到100%的La掺杂浓度分布。对样品的测量结果表明,La掺杂扩大了LaxCe1-xRh6Ge4的晶格,并且对体系的近藤晶格起到了稀释作用。它们的联合效应一方面使体系从相干的近藤晶格体系演变为近藤杂质体系,另一方面也抑制了体系的长程磁有序,并使体系在相当大的浓度范围内表现出非费米液体行为。其中0.52 ≤ x≤0.66时的非费米液体行为与无序近藤模型吻合;而在xc≈ 0.26时的则符合奇异金属行为,即ρ(T)~T,C/T~log(1/T),说明了体系在此时正经历着很强的量子临界涨落。
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