CeRhIn5的三维费米面及重杂化带形成的角分辨光电子能谱研究

CeRhIn5属于115体系,具有HoCoGa5类型的四方晶体结构。考虑到常压下CeIn3的晶格常数和体积弹性模量(B=670 kbar),CeRhIn5相当于14 kbar压力下的CeIn3。CeRhIn5与CeIn3类似,Ce的4f电子依然形成反铁磁排列。但是,随着Ce离子层间距的增加,层与层之间的反铁磁耦合减弱,导致CeRhIn5具有准二维的磁结构。磁化率的测量结果表明,CeRhIn5在高温满足Curie-Weiss行为,但是在低温下逐渐偏离。这一结果和之前讨论的Kondo晶格性质吻合。CeRhIn5在常压下是反铁磁体(TN=3.8 K),此前的de Haas van Alphen (dHvA)与理论计算结果均支持CeRhIn5中的f电子是局域的。但是到目前为止,对CeRhIn5的角分辨光电子能谱(ARPES)的实验结果,只有一个课题组给出了沿某个方向的能带结构,缺少系统的电子结构数据。

本研究利用软X射线角分辨光电子能谱技术结合共振角分辨光电子能谱技术对CeRhIn5的三维电子结构进行了详细研究,首次获得了CeRhIn5的三维费米面。共振角分辨光电子能谱实验表明,在低温下CeRhIn5中的f电子与导带电子发生了杂化,形成重的准粒子,在布里渊区的中心有较强的f电子谱重,这与此前研究结果认为CeRhIn5中f电子是局域的相矛盾。CeRhIn5的变温共振光电子能谱实验表明,随着温度的变化f电子谱重逐渐减弱,但在高温下仍然能观察到f电子的贡献。文章已发表于:Phys. Rev. Lett. 120, 066403 (2018)。
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