在重费米子材料中,许多奇异的强关联现象(近藤效应、磁序、超导性等)的特征能标都被研究了。在毫电子伏量级,这意味着重费米子材料是表面敏感的。在这里,我们研究的电子结构的Si和Ce终止表面的CeRh $_2$ Si $_2$的第一性原理方法。我们的研究揭示了表面效应对电子结构的三个显著影响,这与最近的角分辨光电子能谱(ARPES)实验是一致的。首先,表面晶体结构的弛豫改变了费米能级的相对位置,调整了能带的色散,增强了近藤共振。其次,Ce-4 $f$与表面层传导电子的杂化作用减弱,导致近藤共振峰减弱,自旋轨道带发生位移。表面Ce原子周围晶体电场的变化影响了近藤共振峰的分裂,同时也使表面4个$f$电子的Hubbard低带下移。此外,我们还发现了bulk的下Hubbard带的特征,这一点在以前的研究中被忽略了。我们的研究表明,这些表面效应是潜在的重要性,并强调在未来的强关联材料的性质的研究。
英文摘要:
In the heavy fermion materials, the characteristic energy scales of many exotic strongly correlated phenomena (Kondo effect, magnetic order, superconductivity, etc.) are at milli-electron-volt order, implying that the heavy fermion materials are surface sensitive. Here, we investigate the electronic structures for Si- and Ce-terminated surfaces of CeRh$_2$Si$_2$ by first-principles methods. Our research reveals three notable impacts of surface effects on electronic structures, which are consistent with recent angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) experiments. Firstly, the relaxation of surface crystal structures changes the relative position of Fermi level, adjusts the dispersion of bands and enhances the Kondo resonance. Secondly, the decrease of the hybridization between the Ce-4$f$ and conduction electrons in the surface layer leads to a weaker Kondo resonance peak and the shift of spin-orbit bands. Thirdly, the variation of crystal electric field around surface Ce atoms affects the splitting of Kondo resonance peaks, and also pushes down the lower-Hubbard bands of surface 4$f$ electrons. Moreover, we find the characteristic of bulk's lower-Hubbard bands, which was overlooked in previous works. Our investigation suggests that these surface effects are potentially important and highlighted in the future researches on properties of strongly correlated materials.
Magnetic structure of the antiferromagnetic Kondo lattice compounds CeRhAl4Si2 and CeIrAl4Si2
用中子粉末衍射研究了反铁磁近藤晶格化合物CeMAl $_{4}$ Si $_{2}$(M = Rh,Ir)的磁基态。尽管这两种化合物在体相性质测量中显示出两个磁性跃迁$T_{N1}$和$T_{N2}$,但磁性长程有序的证据仅在较低的跃迁$T_{N2}$以下发现。衍射轮廓的分析揭示了一个相称的反铁磁结构的传播矢量$\mathbf{k}$ =(0,0,1/2)。CeRhAl $_{4}$ Si $_{2}$和CeIrAl $_{4}$ Si $_{2}$有序态的磁矩分别为1.14(2)和1.41(3)$μ_{B}$/Ce,并平行于结晶学$c$轴,与磁化率测量结果一致。
Localized 4f-electrons in the quantum critical heavy fermion ferromagnet CeRh$_6$Ge$_4$
铁磁量子临界点被预测为禁止在清洁巡回铁磁系统,但最近发现这样的现象在CeRh $_6$ Ge $_4$,居里温度可以连续抑制到零下,一个中等的静水压力。在这里,我们报告的量子振荡CeRh $_6$ Ge $_4$从测量使用的悬臂梁和隧道二极管振荡器的方法,在字段高达45 T的观察,清楚地表明,铁磁量子临界发生在一个干净的系统。为了映射CeRh $_6$ Ge $_4$的费米面,我们在环境压力下进行了角度依赖的量子振荡测量,并将结果与密度泛函理论计算结果进行了比较。结果是一致的Ce 4f电子保持本地化,并没有贡献的费米面,这表明,本地化的铁磁性是一个关键因素的发生在CeRh $_6$ Ge $_4$的铁磁量子临界点。
Heat capacity studies of Ce and Rh site substitution in the heavy fermion antiferromagnet CeRhIn_5;: Short-range magnetic interactions and non-Fermi-liquid behavior
Two-dimensional XY-type Magnetic Properties of Locally Noncentrosymmetric Superconductor CeRh$_2$As$_2$
我们用$^{75}$ As-NMR方法研究了CeRh $_2$ As $_2$(一种新发现的重费米子超导体)的正常态磁性。在As(2)位的Knight位移的大小和温度依赖性表明CeRh $_2$ As $_2$中的易平面型磁各向异性。对于自旋涨落,由4个$f$电子引起的核自旋-晶格弛豫速率$1/T_1$的温度依赖性从在$\sim$ 40 K冷却时的高温常数行为降低,这是重费米子系统的典型行为。此外,$1/T_1$在低温下变得恒定,表明空间二维反铁磁波动。实空间中的二维磁关联在重费米子超导体中是非常罕见的,它可能是CeRh $_2$ As $_2$中独特的超导多相的关键因素。
Coexistence of antiferromagnetic order and unconventional superconductivity in heavy fermion compounds CeRh_{1-x}Ir_xIn_5: nuclear quadrupole resonance studies
Enhancing the Superconducting Transition Temperature due to Strong-Coupling Effect under Antiferromagnetic Spin Fluctuations in CeRh1-xIrxIn5 : 115In-NQR Study
本文报道了重费米子(HF)化合物CeRh $_{1-x}$ Ir $_{x}$ In $_5$通过$^{115}$ In核四极共振(NQR)实验的反铁磁(AFM)自旋涨落和非常规超导电性(SC)的系统演化.核自旋-晶格弛豫速率$1/T_1$的测量揭示了AFM自旋涨落的显着发展,作为一个结果,随着Rh含量的增加,接近AFM有序状态。超导转变温度$T_{\rm c}$和能隙$Δ_0$分别从CeIrIn $_5$中的$T_{\rm c} = 0.4$ K和$2Δ_0/k_{\rm B}T_{\rm c} = 5$急剧增加到CeRh $_{0.3}$ Ir $_{0.7}$ In $_5$中的$T_{\rm c} = 1.2$ K和$2Δ_0/k_{\rm B}T_{\rm c} = 8.3$。目前的工作表明,AFM的量子临界点附近的原子力显微镜自旋波动确实是负责强耦合的非常规SC与线节点的间隙功能在HF化合物的发病。
Exotic 4f Correlated Electronic States of Ferromagnetic Kondo Lattice Compounds ReRh$_6$Ge$_4$ (Re=Ce, Ho, Er, Tm)
University of Science and Technology Beijing(北京科技大学);Beijing Computing Center Co. Ltd(北京计算中心有限公司);Beijing Normal University(北京师范大学);Institute of Materials, China Academy of Engineering Physics(中国工程物理研究院材料研究所)
Anisotropic c-f hybridization in the ferromagnetic quantum critical metal CeRh$_6$Ge$_4$
具有铁磁量子临界点的重费米子化合物引起了人们极大的兴趣。两个已知的案例,即,CeRh $_6$ Ge $_4$和YbNi $_4$ P $_2$的区别在于,4f矩沿着具有大链间距离的链存在,表现出强磁各向异性,这被认为对铁磁量子临界性至关重要。在这里,我们报告的角度分辨光电子能谱研究CeRh 6 Ge 4,在那里我们观察到尖锐的动量相关的4f带和清晰的费米能级附近的导带弯曲,表明相当大的导电和4f电子之间的杂交。提取的杂化强度在动量空间中具有各向异性,沿Ce链方向明显增强。杂化4f带持续到高温,其强度的演变显示出明显的带依赖性。我们的研究结果提供了光谱证据的各向异性杂化之间的传导和4f电子在CeRh $_6$ Ge $_4$,这可能是重要的理解铁磁量子临界的电子起源。
Strong superconducting pairing strength and pseudogap features in a putative multiphase heavy-fermion superconductor CeRh2As2 by soft point-contact spectroscopy
Unconventional and conventional quantum criticalities in CeRh$_{0.58}$Ir$_{0.42}$In$_5$
对出现为二级相变的物质状态的适当描述朝向零温度调谐,{\it,即}量子临界点(QCP),提出了基本的,仍然没有完全回答的问题。需要实验来检验基本结论,并指导理论模型的进一步完善。在这里,电荷和熵输运性质以及交流比热的重费米子化合物CeRh $_{0.58}$ Ir $_{0.42}$ In $_5$,作为压力的函数测量,揭示了两个定性不同的QCP在{\it单一}材料驱动的{\it单一}非对称性破缺的调谐参数。一个不连续的符号变化跳跃的热势表明一个非常规的QCP在$p_{c1}$伴随着一个突然的费米面重建,其次是一个传统的自旋密度波临界点在$p_{c2}$,费米面顺利演变为重费米液体状态。这些实验与一些理论预测,包括临界点的顺序和在其附近的热电势的温度依赖性是一致的。
Two scenarios for superconductivity in CeRh$_2$As$_2$
CeRh $_2$ As $_2$是一种非对称的重费米子材料,最近报道了具有两个超导相的相图。在这种材料中,每个晶胞的两个不等价的Ce位点通过反转对称性相关,引入了对应于额外内部自由度的子晶格结构。在这里,我们提出了一个分类的可能的超导状态CeRh $_2$作为$_2$从两个Ce网站的角度来看。基于超导适合度分析和准经典Eilenberger方程,我们讨论了两个极限:Rashba自旋轨道耦合和层间跃迁主导的正常态。在这两个限制,我们能够找到两种情况下,产生的相图与实验定性一致:i)在磁场下的偶-奇跃迁的亚晶格内配对,和ii)在磁场下的奇-奇跃迁的亚晶格间配对。
Kondo lattice and antiferromagnetic behavior in quaternary CeTAl$_4$Si$_2$ (T~=~Rh, Ir) single crystals
本文报道了CeRhAl $_4$ Si $_2$和CeIrAl $_4$ Si $_2$及其非磁性La类似物的合成和磁性。以Al-Si二元共晶为助熔剂生长了这些四元化合物的单晶。通过磁化率、等温磁化强度、电阻率、磁电阻率和热容的测量,详细研究了铈化合物的各向异性磁性。CeRhAl $_4$ Si $_2$和CeIrAl $_4$ Si $_2$都经历了两次反铁磁转变,第一次是在$T_{\rm N1}$ ~=~12.6~K和15.5~K从顺磁性转变为反铁磁性,第二次是在较低的温度$T_{\rm N2}$ ~=~9.4~K和13.8~K。顺磁磁化率是高度各向异性的,其在磁有序状态下的温度依赖性表明$c$轴是相对容易磁化的轴。同时,在2~K下沿$c$轴的等温磁化强度显示出伴随着相当大的滞后的急剧自旋翻转转变,而沿[100]方向直到我们测量的最高场14~T,它随场几乎线性变化。电阻率提供了近藤相互作用的证据,在这两种化合物中,从它的$-lnT$行为在顺磁区推断。热容数据证实了每种化合物中两个磁跃迁的体积性质,并通过与磁有序相关的熵的降低值进一步证实了近藤相互作用的存在。从1 K以下的热容数据推断,CeRhAl $_4$ Si $_2$和CeIrAl $_4$ Si $_2$的电子热容中的线性项系数$γ$分别为195.6和49.4 mJ/mol K $^2$,属于中等重费米子化合物。