Аномалии эффекта Холла в окрестности квантовой критической точки в CeCu₆-xAux

Abstract

Представлены результаты прецизионных измерений эффекта Холла и сопротивления твердых растворов замещения СеСи₆-xАux для составов 0 ≤ x ≤ 0,3, отвечающих широкой окрестности квантовой критической точки (ККТ) x = 0,1. Измерения выполнены методом вращения образца в постоянном магнитном поле до 70 кЭ в интервале температур 1,8-300 К. Для классического соединения с тяжелыми фермионами CeCu₆ обнаружена сложная активационная зависимость коэффициента Холла RH(T) с энергиями активации Eα1/kβ ≈ 110 К и Eα2/kβ ≈ 1,5 К в интервалах температур 50-300 и 3-10 К соответственно. Показано, что аномальное поведение эффекта Холла может быть объяснено в рамках спин-поляронного подхода, который позволяет сопоставить значениям Eα₁,₂ энергию связи многочастичных состояний и выполнить оценки эффективной массы (meff₁,₂ ≈ 130-150 m0) и радиуса локализации (α*p₁,₂ ≈ 1,7 и 14 Å) носителей заряда в CeCu₆ . Для соединения CeCu₅, 9Au₀,₁, отвечающего ККТ, обнаружено скоррелированное степенное поведение температурной зависимости коэффициента Холла RH(T)~T⁻⁰,⁴ и магнитной восприимчивости c(T) ~ T⁻⁰,⁴, характеризующее режим квантового критического поведения. Для соединений в непосредственной окрестности ККТ обнаружен аномальный четный вклад RH2 угловые зависимости холловского напряжения, проявляющийся при температурах ниже T* ~ 24 К и усиливающийся с ростом магнитного поля. Обсуждаются различные сценарии прохождения квантовой критической точки и их применимость для описания аномалий в эффекте Холла в твердых растворах замещения CeCu₆-xAux.

Представлено результати прецизійних вимірювань ефекту Холла й опору твердих розчинів заміщення СеСи₆-xАux для складів 0 ≤ x ≤ 0,3, що відповідають широкій області поблизу квантової критичної точки (ККТ) x = 0,1. Вимірювання виконано методом обертання зразка в постійному магнітному полі до 70 кЕ в інтервалі температур 1,8–300 К. Для класичної сполуки з важкими ферміонами CeCu₆ виявлена складна активаційна залежність коефіцієнта Холла RH(T) з енергіями активації Eα1/kβ ≈ 110 К та Eα2/kβ ≈ 1,5 К в інтервалах температур 50–300 та 3–10 К відповідно. Показано, що аномальне поводження ефекту Холла може бути пояснено в рамках спін-поляронного підходу, що дозволяє зіставити значенням Eα₁,₂ енергію зв’язку багаточасткових станів та виконати оцінки ефективної маси (meff₁,₂ ≈ 130-150 m0) і радіуса локалізації (α*p₁,₂ ≈ 1,7 и 14 Å) носіїв заряду в CeCu₆. Для сполуки CeCu₅, 9Au₀,₁, що відповідає ККТ, виявлено скорельовану степеневу поведінку температурної залежності коефіцієнта Холла RH(T) ~T⁻⁰,⁴ і магнітної сприйнятливості c(T) ~ T⁻⁰,⁴, яка характеризує режим квантової критичної поведінки. Для сполук поблизу ККТ виявлено аномальний парний внесок RH2 у кутові залежності холлівської напруги, що проявляється при температурах нижче T* ~ 24 К і підсилюється з ростом магнітного поля. Обговорюються різні сценарії проходження квантової критичної точки і їхня застосовність для опису аномалій в ефекті Холла у твердих розчинах заміщення CeCu₆-xAux.

The precision measurements data on Hall effect and resistivity of substitutional solid solutions СеСи₆-xАux (0 ≤ x ≤ 0.3) placed in a wide vicinity of quantum critical point (QCP) x = 0.1 are presented. The measurements were carried out using the sample rotation technique in magnetic field up to 70 kOe at temperatures 1.8–300 K. A complicated activation type dependence of Hall coefficient RH(T) was observed for archetypal heavy fermion compound CeCu₆ with activation energy values Eα1/kβ ≈ 110 К and Eα2/kβ ≈ 1,5 К in the temperature ranges 50–300 K and 3–10 K, respectively. It is shown that the charge transport anomalies can be explained in the spin-polaron approach, which allows one to treat the Eα₁,₂ parameters as the binding energies of many-body states and to estimate the effective masses (meff₁,₂ ≈ 130-150 m0) and localization radius (α*p₁,₂ ≈ 1,7 и 14 Å) in CeCu₆ . It is found that the CeCu₅, 9Au₀,₁ displays a correlation between the exponent in the temperature dependence of Hall effect RH(T) ~T⁻⁰,⁴ and the magnetic susceptibility power low index c(T) ~ T⁻⁰,⁴, which is typical îf the regime of quantum critical behavior. An anomalous even contribution RH2 appearing at temperatures below T* ~ 24 K and increasing with magnetic field was detected in the angular dependences of Hall effect in the vicinity of QCP. Different scenarios of QCP passage are discussed from the point of view of their application to interpretation of the Hall effect anomalies observed in the CeCu₆-xAux solid solutions.