中子散射对笼状结构化合物的重电子状态研究

电荷-轨道-自旋-晶格之间的竞争作用是强关联电子体系的重点研究课题。.笼状结构化合物所表现的多f电子重电子现象和Rattling效应是这个竞争关系的集中体现。.通过使用中子散射和基本物性相结合的研究手法，观测笼状结构化合物的低温电子基态和异常晶格振动，系统研究笼状结构化合物的多f电子重电子状态形成的机制，探索新奇的Rattling效应在重电子状态形成中的作用。明确多体竞争之间的相互作用关系，为强关联电子系统理论的完善提供重要的实验依据。

多f电子重电子现象包含了电荷、轨道、自旋、晶格之间的多重相互作用，是强关联电子体系的重点研究课题。本课题选取有代表性的多f电子笼状结构化合物PrFe4P12和PrRu4P12，采用非弹性中子散射与基础物性测量相结合的手段，对f电子与传导电子的相互作用及其对重电子现象的影响进行了系统研究。非弹性中子散射实验观察到明显的准弹性谱，说明f电子与传导电子的强烈的相互作用在这两类物质中普遍存在。PrFe4P12的重电子现象源自于f电子与传导电子的近藤相互作用，随着温度的降低，f电子近藤混合态与f电子的局域态形成交错排列秩序，该秩序为最新发现的强关联电子现象。两类物质的4f电子状态对3d电子的掺杂极为敏感，少量的掺杂即导致4f电子的晶场能级发生明显翻转，进而影响到f电子与传导电子的相互作用，从而导致化合物性质发生本质的变化。以上结果说明f电子与传导电子的强烈相互作用在这两种物质中发挥着重要的支配作用。