稀土金屬相間化合物的結(jié)構(gòu)及磁性.pdf

1、在稀土金屬間化合物體系中，以稀土元素Yb或Ce等為基的化合物，無論在實(shí)驗(yàn)方面還是理論方面都受到了人們特殊的關(guān)注，原因在于它們具有豐富的物理性質(zhì)比如金屬間價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)移，稠密近藤效應(yīng)，重費(fèi)米子和超導(dǎo)性等等。大多數(shù)化合物特殊的物理行為主要和4f電子組態(tài)有關(guān)，包括Yb的4f13、4f14和Ce的4f1、4f0，由于其失去外層電子，所以其電子組態(tài)變的不穩(wěn)定，這引起了一系列實(shí)驗(yàn)上可以觀測到的電子和自旋漲落的物理現(xiàn)象。和這些漲落相聯(lián)系的是4f局域電子和離

2、域的傳導(dǎo)電子之間的雜化。 因?yàn)?f電子波函數(shù)的空間擴(kuò)展比較小(小于0.5 A)，相鄰的磁性殼層也幾乎不重疊，在非磁性的母體中摻雜4f電子原子，低溫時(shí)f電子與傳導(dǎo)電子雜化而導(dǎo)致態(tài)密度急劇增大，同時(shí)，又因交換作用，f電子的自旋與周圍傳導(dǎo)電子的自旋方向相反，從而磁矩被部分抵消。當(dāng)摻雜的磁性離子建立起完整的子格子時(shí)，所謂的近藤品格形成了。近藤晶格效應(yīng)和稀薄近藤效應(yīng)在高溫時(shí)表現(xiàn)出顯著的相似性。因?yàn)榻倬Ц裰写判噪x子之間的相互作用，形成近藤

3、單態(tài)時(shí)的能量增益應(yīng)小于稀薄近藤效應(yīng)時(shí)的情況。這意味著在磁性原子間相互作用足夠強(qiáng)時(shí)，近藤單態(tài)不會(huì)形成。 稀土金屬間化合物體系特殊的物理性質(zhì)吸引了人們對其理論性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)性質(zhì)做出努力。第一個(gè)理論模型對稀薄磁性合金中其對數(shù)電阻率增加的物理機(jī)制的解釋始于1964年的近藤理論。該理論認(rèn)為近藤效應(yīng)來源于局域磁性雜質(zhì)與金屬中傳導(dǎo)電子的交換作用，在一定溫度(近藤溫度)之下，交換作用產(chǎn)生的自旋翻轉(zhuǎn)散射使得傳導(dǎo)電子與局域磁矩形成自旋單態(tài)，進(jìn)而對局域磁

4、矩產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)，導(dǎo)致了費(fèi)米能級(jí)附近的所謂近藤共振。近藤共振依賴于金屬費(fèi)米面態(tài)密度以及磁性雜質(zhì)與傳導(dǎo)電子交換作用的強(qiáng)度。接著對稠密近藤體系的理論解釋比較成功的模型就是Coqblin-Scherieffer模型，這種模型包括軌道簡并的4f磁性離子摻雜，比如Ce(J=5/2)和Yb(J=7/2)的摻雜。然而，統(tǒng)一的對稀土體系和近藤問題聯(lián)系的價(jià)態(tài)漲落的解釋還沒有建立，原因在于該體系包括很多復(fù)雜的多體問題比如雜化，電子間關(guān)聯(lián)，電子過濾和電子-光子

5、耦合等。 在80年代晚期，以Yb金屬元素為基的系列二元或三元化合物YbCU5-xMx(M=In，Ag，Au，Pd，Al和Ga)被發(fā)現(xiàn)，低溫下它們具有豐富的基態(tài)性質(zhì)，包括混合價(jià)態(tài)，近藤晶格，重費(fèi)米子和反鐵磁有序。這種不同的基態(tài)現(xiàn)象源于4f電子和傳導(dǎo)s電子的相互作用(即Kondo相互作用)和RKKY相互作用兩種機(jī)制相互競爭的結(jié)果。為了解釋強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子現(xiàn)象，三元體系YbCu5-xMx作為實(shí)驗(yàn)的好的標(biāo)的被廣泛的研究。 本論文回顧總

6、結(jié)了已有關(guān)于稀土金屬間化合物體系的若干重要的研究成果和最新進(jìn)展。利用真空電弧爐熔煉法合成了YbCu5-xInx體系金屬，并且對這個(gè)體系的結(jié)構(gòu)、磁性進(jìn)行了了系統(tǒng)的研究，獲得了若干有價(jià)值的研究結(jié)果： 實(shí)驗(yàn)得出的YbCu5-xInx是C15b型結(jié)構(gòu)，掃描電子顯微鏡顯示樣品的表面及橫截面，其表面平整光滑紋理清晰細(xì)致，內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接正常；利用SQUID技術(shù)測量了樣品YbCu5-xInx(x=0.2，0.4，0.6，0.8，1)在4.2 K和