Deutsch Physik-Department E15 - Gruppe B English

 

Einfluß von Cu-Dotierung auf den nichtmagnetischen Grundzustand des Kondohalbleiters CeNiSn
Eine µSR-Untersuchung

Susanne J. Flaschin


Zusammenfassung

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde mit der Methode der Myonen-Spin-Rotation und der Myonen-Spin-Relaxation , kurz µSR- genannt, eine mit 10% Cu dotierte, polykristalline CeNiSn Probe untersucht.

Wie man aus Messungen des elektrischen Widerstandes, der magnetischen Suszeptibilität und der spezifischen Wärme weiß, gehört CeNiSn zur Gruppe der valenzfluktuierenden Verbindungen mit Energielücke. Diese Lücke kann durch eine Dotierung mit 10% Cu geschlossen werden. Außerdem werden durch die Dotierung magnetische Korrelationen, die in CeNiSn bei tiefen Temperaturen vorhanden sind, stabilisiert. Das System CeNi1-xCuxSn ist besonders geeignet, um in Abhängigkeit von der Cu-Dotierung den Übergang vom valenzfluktuierenden Kondohalbleiter in einen antiferromagnetisch geordneten Kondozustand, der über einen Schwere-Fermionen-Bereich führt, zu untersuchen. Die Methode der µSR wurde deshalb gewählt, da sie besonders sensitiv für lokale magnetische Eigenschaften in einem Festkörper ist.

µSR-Messungen an undotiertem CeNiSn haben gezeigt, daß in der Probe selbst bei tiefster gemessener Temperatur (T = 11 mK) keine statische, langreichweitige magnetische Ordnung vorhanden ist, wohl aber, daß sich das System nahe dem Übergang in einen magnetisch geordneten Zustand befindet. Messungen des elektrischen Widerstandes deuten darauf hin, daß bei einer Cu-Dotierung von 13% ein Phasenübergang in einen antiferromagnetisch geordneten Zustand erfolgt. Bei der hier untersuchten Probe mit einer Cu-Dotierung von 10% sollte u.U. eine Annäherung an diesen geordneten Zustand bereits beobachtbar sein.

In insgesamt sechs verschiedenen Strahlzeiten wurde die Probe CeNi0.9Cu0.1Sn an den µSR-Meßplätzen TRIUMF und RAL mit Oberflächenmyonen untersucht. Im Temperaturbereich 10 K < T \leq 200 K ist das Meßsignal sehr schwach gedämpft, ähnlich dem für undotiertes CeNiSn. Die Dämpfung der Spektren in einem bzgl. der Myonenspinrichtung longitudinalen, äußeren Feld (LF) kommt in diesem Temperaturbereich durch schnell fluktuierende, elektronische Momente am Cer zustande. Die in diesem Temperaturbereich gemessenen Relaxationsraten (\lambda) der µSR-Signale liegen im Bereich \lambda \leq 0.004 µs-1. Die Nullfeld-Spektren (kein äußeres Feld) zeigen zusätzlich eine gaußförmige Dämpfung (\Delta), die durch die Cu-Kernmomente bedingt ist (\Delta \approx 0.035 µs-1). Diese Kerndämpfung ist temperaturunabhängig und in einem LF von 10 G vollständig entkoppelbar.

Bei T \approx 10 K setzt ein Anstieg der elektronischen Relaxation mit sinkender Temperatur ein; bei T = 4K erreicht sie einen Wert von \lambda \approx 0.01 µ:s-1. Diese Relaxation ist in longitudinalen Feldern B > 100 G entkoppelbar. Mit weiter sinkender Temperatur wird ein rascher, monotoner Anstieg der Relaxationsrate \lambda beobachtet. Unterhalb von T = 1 K setzt eine signifikante Änderung im spektralen Verlauf des Meßsignals ein: die elektronische Relaxationsrate steigt sehr stark an. Die Spektren lassen einen Übergang in einen "spinglas-ähnlichen" Zustand vermuten.

Bei einem metallischen Spinglas (charakteristische Temperatur Tg) handelt es sich um ein verdünntes Spinsystem mit statistischer Verteilung der Spins in einem unmagnetischen Wirtsgitter. Auch die Abstände zwischen den Spins variieren statistisch und mit ihnen die RKKY-Wechselwirkung zwischen den Spins. Deshalb sind ferromagnetische und antiferromagnetische Ordnung nicht möglich. Diese "klassische" Spinglas-Situation liegt in CeNi0.9Cu0.1 Sn nicht vor. Vielmehr scheinen durch die Anwesenheit von Cu in der Umgebung der Ce-Ionen Momente am Ce induziert zu werden. Es befinden sich also verdünnt Ce-Ionen mit einem hohen Moment in einer Matrix aus Ce-Ionen mit sehr kleinem Moment.

Der Temperaturverlauf der elektronischen Relaxation für T \leq 1.4 K hat große Ähnlichkeit mit der Magnetisierungskurve eines Magneten. Danach kann man dem System eine kritische Temperatur von Tg \approx 1 K zuordnen. Mit sinkender Temperatur (T \to 40 mK) steigt die elektronische Relaxationsrate sehr stark an. Für diesen Anstieg ist wahrscheinlich eine Verlangsamung der Fluktuationen ("slowing down") der elektronischen Momente verantwortlich.

Die Spektren bei den tiefsten gemessenen Temperaturen (40 mK \leq T \leq 500 mK) lassen auf ein statisches Spinsystem schließen, langreichweitige magnetische Ordnung kann allerdings ausgeschlossen werden, da keine spontane Spinpräzession beobachtbar ist. Das System befindet sich in einem Zustand stark gestörter, magnetischer Ordnung.


November 1995

 


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Letzte Änderung: 5.1.2000