Экспериментальное обнаружение электронной фазы Гриффитса вблизи квантовой критической точки в системе Fe(Sb1-xTex)2 методом ядерного квадрупольного резонанса

Системы с локальными 4f- и 5f- магнитными моментами, управляемые RKKY и Кондо взаимодействиями могут быть переведены через квантовую критическую точку (QCP) в магнитоупорядоченное состояние с помощью давления, магнитного поля или замещения [1]. Признаки корреляций Кондовского типа были ранее обнаружены в редком классе магнитных 3d-полуметаллов, включающих на настоящий момент всего три системы на основе железа: FeSi [2], FeSb2 [3] и FeGa3 [4], которые привлекают большое внимание также вследствие их перспективных низкотемпературных термоэлектрических свойств. В связи с этим нами были проведены исследования по ядерному квадрупольному резонансу (ЯКР) на ядрах 121,123Sb в коррелированной интерметаллической системе Fe(Sb1-xTex)2, где было предсказано существование электронной фазы Гриффитса, характерной для разупорядоченного парамагнитного металла вблизи АФМ перехода [5].

Рисунок 1: Спектры ЯКР 121,123Sb, измеренные при 4.2 K в соединениях Fe(Sb1-xTex)2 с x = 0.01 (нижняя панель) и 0.05 (верхняя панель). Вставка: линии ЯКР ?3 123Sb (88.0 MHz; переход |±5/2> ? |±7/2>) и 122Sb ?2 (95.1 MHz; переход |±5/2> ? |±7/2>) без нормировки для образца Fe(Sb0.95Te0.05)2.

Рисунок 2: 1/T1T как функция температуры для линии ЯКР ?2 123Sb (переход |±3/2> ? |±5/2> в соединениях Fe(Sb1?xTex)2 (x = 0, 0.01 и 0.05). Сплошные прямые линии — аппроксимация по формуле: 1/T1T = a*T-2(1+?) (см. текст).

Полученные зависимости величины 1/T1T как функции температуры для образцов Fe(Sb1?xTex)2 (x = 0, 0.01, 0.05) представлены на Рис. 2. Видно, что даже низкий уровень допирования Te (x=0.01) приводит к резкому возрастанию скорости ЯСРР Sb более чем на порядок величины в низкотемпературном интервале 2–50 K. Как было показано в [5], даже крайне малое допирование Te x=0.001 приводит к переходу от полупроводниковых свойств к металлическим, так что при x=0.01 можно ожидать ЯСРР Корринговского типа, обусловленную электронами проводимости. Действительно, для образца FeSb0.99Te0.01 функция 1/Т1T может рассматриваться как практически температурно независимая в интервале 2–70 K (Рис. 2). Для образца FeSb0.95Te0.05, 1/T1T на один порядок величины больше, чем в FeSb0.99Te0.01. При этом обнаружена степенная расходимость 1/T1T ~ T-0.72 (1/T1 ~ T0.28) с понижением температуры ниже 100 K (Рис. 2), указывающая на не-Ферми-жидкостное поведение системы.

Дополнительно к данным ЯКР спектроскопии мы провели измерения низкотемпературной теплоемкости на тех же образцах Fe(Sb1-xTex)2 (x = 0.01, 0.05). Полученные экспериментальные кривые C/T vs T для этих образцов представлены на Рис. 3 и находятся в хорошем согласии с результатами [5],

где степенная расходимость коэффициента электронной теплоемкости ?(T) = C(T)/T ~ T-1+? анализируется в рамках модели индуцированной беспорядком фазы Гриффитса (ФГ) на границе возникновения магнетизма. Дополнительно к данным ЯКР спектроскопии мы провели измерения низкотемпературной теплоемкости на тех же образцах Fe(Sb1-xTex)2 (x = 0.01, 0.05). Полученные экспериментальные кривые C/T vs T для этих образцов представлены на Рис. 3 и находятся в хорошем согласии с результатами [5], где степенная расходимость коэффициента электронной теплоемкости ?(T) = C(T)/T ~ T-1+? анализируется в рамках модели индуцированной беспорядком фазы Гриффитса (ФГ) на границе возникновения магнетизма.

Рисунок 3: Графики зависимостей C/T vs. T для соединений Fe(Sb 1-xTex)2 (x = 0.01 and x = 0.05). Сплошные линии – аппроксимации по формуле C(T)/T = a*T-1+?c + b *T2 + c *T4.

По данным результатам опубликована статья:

«121,123Sb nuclear quadrupole resonance as a microscopic probe in the Te-doped correlated semimetal FeSb2: Emergence of electronic Griffith phase, magnetism, and metallic behavior». A.A. Gippius, S.V. Zhurenko, R. Hu, C. Petrovic, M. Baenitz. Physical Review B 97 (2018) 075118. DOI: 10.1103/PhysRevB.97.075118. IF= 3.813.

[1] G. R. Stewart, Reviews of Modern Physics 73, 797 (2001).

[2] V. Jaccarino et al., Physical Review 160, 476 (1967).

[3] A.A. Gippius et al., Applied Magnetic Resonance 45, 1237 (2014).

[4] A. A. Gippius et al., Physical Review B 89, 104426 (2014).

[5] R. Hu et al., Physical Review Letters 109, 256401 (2012).

Профессор кафедры физики низких температур и сверхпроводимости Гиппиус А.А	Студент 2 курса магистратуры кафедры физики низких температур и сверхпроводимости Журенко С.В.