Muon(+)-SR investigation of the magnetic ordering in Ce3Pd20Ge6

Abstract

The Kondo lattice compound Ce3Pd20Ge6 exhibits heavy fermion behavior characterized by a huge linear specific heat coefficient below 1 K and crystal field split ground state of Ce ions. The anomalies, found at 0.7 K in measurements of magnetic susceptibility, electric resistivity and specific heat, suggest a long range antiferromagnetic ordering. The muon(+) Spin Relaxation method (mu(+)-SR) was applied for a microscopic investigation of Ce3Pd20Ge6 single crystal, as there is not any other suitable nuclear probe of Ce, in order to investigate the magnetic structure of Ce ions in the antiferromagnetic state. The experiment was performed at RIKEN (Institute of Physical and Chemical Research)-RAL (Rutherford Appleton Laboratory) muon facility. The mu(+)-SR measurements were performed in zero field, transverse field and longitudinal field conditions in a spectrometer following the implantation of mu(+) pulsed beam of momentum 27 MeV/c. The spectra below 0.7 K could be fitted by an exponential relaxation function with a nearly temperature independent relaxation rate of 0.03/microsecond. The muon spin lattice relaxation rate (1/T(sub 1)) did not exhibit an anomaly at T(sub N) = 0.7 K and at T(sub Q) = 1.2 K. The lack of an anomaly in 1/T(sub 1) at T(sub Q) indicates that the changes in the electronic structure around Ce due to quadrupolar ordering are minimal. The reason for the absence of an anomaly at 0.7 K is not clear. The discontinuous drop of the muon spin precession frequency at 0.7 K seems to suggest a first order antiferromagnetic transition. The coherent precession of muons below T(sub N) implies a collinear antiferromagnetic structure.

近藤格子化合物Ce3Pd20Ge6は、1K以下での大きい線形比熱係数と、Ceイオンの結晶場分裂基底状態を特徴とする重いフェルミ粒子的振る舞いを示す。0.7Kにおける磁化率、電気抵抗および比熱測定で見出された異常は、広範囲の反強磁性秩序を示唆している。この反強磁性状態におけるCe原子の磁気構造の知識を得るために、適当なCeの試験体が存在しないので、Ce3Pd20Ge6単結晶の微視的研究にミューオン(+)スピン緩和法(μ(+)SR)を適用した。実験は、RIKEN(理化学研究所)-RAL(ラザフォード・アップルトン研究所)ミューオン施設において行った。27MeV/cの運動量を持つ正荷電のミューオンパルスビームを注入した後に、ゼロ場、横軸場、縦軸場におけるμ(+)SRの測定を、分光器を用いて行った。0.7K以下のスペクトルは、ほぼ温度に依存しない0.03/マイクロ秒の緩和率をもつ指数緩和関数によってフィッティングすることができた。ミューオンスピン格子緩和率(1/T(sub 1))は、T(sub N)=0.7KとT(sub Q)=1.2Kにおいて異常を示さなかった。T(sub Q)において1/T(sub 1)の異常が見られなかったことは、四重極秩序化によるCe付近の電気構造における変化が極小であることを示している。0.7Kにおいて異常が見られなかった理由は明らかでない。0.7Kにおけるミューオンスピン歳差振動数の不連続な降下は、1次反強磁性転移を示唆していると考えられる。T(sub N)以下のミューオンのコヒーレント歳差は、共線的反強磁性構造を示している。