Investigations of the role of disorder in heavy fermion compounds

Maksimov, Igor

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Klärung des Einflusses von Unordnung auf die Eigenschaften stark korrelierter Elektronensysteme. Für Fe2VAl wurde gezeigt, dass dieses Material nicht – wie behauptet - als Kondo-Isolator zu betrachten ist. Stattdessen können die Materialeigenschaften von Fe2VAl auf Unordnungseinflüsse zurückgeführt werden. Hierbei wurden Art und Grad der Unordnung bestimmt. Weiterhin wurde für das Schwer-Fermion-System UPd2-xSn nachgewiesen, dass das hier beobachtete anomale physikalische Verhalten durch kristallographische Unordnung getriggert wird. Entsprechend wird das Verhalten von kubischen UPd2-xSn komplett durch die kristallographische Unordnung kontrolliert. So zeigt sich, dass eine Beschreibung des Widerstandes, Magnetowiderstandes sowie Hall-Effektes nicht im Rahmen konventioneller Schwer-Fermionen-Terminologie möglich ist. Weiterhin haben wir den magnetischen Grundzustand bestimmt, welcher antiferromagnetisch ist, allerdings mit einer aufgrund der kristallographischen Unordnung kleinen Kohärenzlänge von ~100Å. In der Ausgangsverbindung URh2Ge2 kann der Grad der Unordnung auf verschiedene Weisen variiert werden – durch unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten während der Probenherstellung, Wärmebehandlung oder isoelektronische Substitution. Hinsichtlich der elektronischen Transporteigenschaften finden wir für alle Proben/Grundzustände ein nicht-metallisches Verhalten. Aufgrund von Hall-Effektmessungen kann eine (Pseudo)Energielücke als Quelle dieses Verhaltens ausgeschlossen werden. Daher folgern wir, dass dieses Verhalten aus unordnungsinduzierter elektronischer Lokalisierung entspringt. Spinabhängige Streuung scheint von sekundärer Bedeutung für den elektronischen Transport zu sein, trägt allerdings zum Magnetowiderstand bei. Schliesslich beobachten wir ein sehr ähnliches Verhalten der Hall-Konstanten für UPd1.85Sn und URh2Ge2-xSnx , RH-R0 ~ χ, was möglicherweise ein Hinweis auf ein allgemeineres Phänomen darstellen könnte.

The purpose of this work was to investigate the role of disorder in strongly correlated electron systems. From our study of Fe2VAl and the two heavy fermion compounds UPd2-xSn and URh2Ge2-xSnx we conclude that in these materials the disorder can control the physical properties. For Fe2VAl, we have disproved a Kondo-insulating behavior as was previously proposed. The Kondo-insulating behavior does not play a role in the anomalous resistivity of Fe2VAl, instead the 'semiconducting-like' behavior is due to the ability of Al-vacancies to localize the electrons. For the heavy fermion compounds UPd2-xSn we have observed that disorder drives the anomalous physical behavior. Surprisingly, the levels of disorder for cubic and orthorhombic UPd2-xSn are similar, but the 'efficiency' of disorder appears to be higher in the first case. A description of the resistivity, magnetoresistivity and Hall effect of cubic UPd2-xSn in terms of conventional heavy fermion behavior does not consistently account for our observations. Alternatively, we attributed it to disorder induced diffusive electronic transport. Further, for cubic UPd2-xSn we have determined the magnetic structure and ground state, which is characterized by small antiferromagnetic domains with correlation lengths of about ~100Å. Finally, we have studied in detail the influence of crystallographic disorder on the class of compounds URh2Ge2-xSnx. Regarding the electronic transport properties, we find for all samples/ground states a non-metallic behavior. Our Hall effect measurements disproves a (pseudo)gap scenario of the anomalous electronic transport. We conclude that the 'semiconducting-like' resistivity arises from disorder induced localization. Finally, we observe a close resemblance of the Hall-constants of UPd1.85Sn and URh2Ge2-xSnx , RH-R0 ~ χ, which probably indicates that this phenomenon is of more general relevance.

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Maksimov, Igor: Investigations of the role of disorder in heavy fermion compounds. 2003.

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