化合物CeCuIn 和PrCuIn 的磁性与晶场效应 - 河北师范大学学报.PDF

第33 卷/第5 期/ 河北师范大学学报/自然科学版/ Vol.33 No.5 2009 年9 月 JOURNALOFHEBEI NORMAL UNIVERSITY/Natural Science Edition/ Sep.2009 化合物CeCuIn 和PrCuIn 的磁性与晶场效应 1 1 2 2 路　莹, 　马宝红 , 　薛绛琴, 　路庆凤 (1.河南洛阳师范学院物理 , 河南 洛阳　471022;2.河南师范大学物理与信息工程学院, 河南新乡　453007) 摘 要:基于晶场理论, 模拟Szytu a 小组的磁化率实验结果, 得到了稀土化合物CeCuIn, PrCuIn 的晶场分裂能 和相应波函数.计算表明, Kramers 离子 Ce3+在晶场效应的作用下, 基态简并部分消除得到了双重态, 而非Kramers 离子Pr3+分裂为5 个双态.模拟得到的磁化率倒数随温度变化曲线与实验结果吻合得很好. 关键词:CeCuIn;PrCuIn;磁化率;晶场效应;晶场分裂能 中图分类号:O 482.54　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-5854(2009)05-0613-03 由于含稀土元素金属化合物具有诸如近藤效应、超导电性、重费米行为等丰富的特性引起了人们广泛的 关注, 因此, 对其进行深入细致的研究具有非常重要的意义.低温下, 稀土化合物中局域4f 电子受到周围离 子的晶场作用后, 多重基态会发生分裂或激发, 简并度部分或完全消失, 从而会对 统的磁化率、比热、电阻 率和磁化强度等性质产生极大的影响.研究化合物的晶场效应主要是从化合物的磁化率曲线、比热曲线和热 电势曲线来确定其稀土离子的基态分裂.研究者通过对磁化率倒数与温度的关 曲线的模拟, 分别得到了 [1] [ 2] [3] PrNi Al , Ce(P M )Al , RCuAs (R=Ce, Pr, N , Tb) 的晶场分裂, 与实验符合得很好. 2 5 1-x x 2 2 [4, 5] Szytu a 等 制备了CeCuIn 和PrCuIn 多晶样品, 并测量了其磁化率、电阻率和热电势等实验数据, 采 用X 射线对其结构精密分析得出, CeCuIn 和PrCuIn 具有ZrNiAl 型六角晶 结构, 属于No:189 空间群.本 [4, 5] 文中, 笔者根据Szytu a 等 的磁化率实验结果, 运用点电荷模型的晶场计算程序, 研究轻稀土化合物Ce- CuIn, PrCuIn 在晶场效应下的分裂情况, 对材料的磁性结构的确定具有一定的参考作用. 1 　基本理论 晶体中局域电子磁矩受到周围离子或原子的电场作用后, 会形成反映结晶对称性的特殊的电子状态, 这 是晶场效应最基本的表现.采用点电荷模型, 依据晶体场(CEF)理论, 晶场哈密顿的一般表达式可以写为[6] k k 　　H = B C . (1) CEF ∑ q q k, q 其中B k 为晶场 数, Ck 为球张量算符, 它通常是角动量算符 q q 　　J += (J x +Jy )/2,J-=(J x -J y )/2