Valence fluctuation inCe2Re3Si5and Ising-type magnetic ordering inPr2Re3

反铁磁性 磁化率 磁化 凝聚态物理 价(化学) 结晶学 四方晶系 化学 材料科学 晶体结构 物理 磁场 量子力学 有机化学
作者
Suman Sanki,Vikash Sharma,Souvik Sasmal,Vikas Saini,Gourav Dwari,Bishal Baran Maity,Ruta Kulkarni,Ram Prakash Pandeya,Rajib Mondal,Achintya Lakshan,S. Ramakrishnan,Partha P. Jana,Kalobaran Maiti,A. Thamizhavel
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (16) 被引量:8
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.165134
摘要

Single crystals of ${\mathrm{Ce}}_{2}{\mathrm{Re}}_{3}{\mathrm{Si}}_{5}$ and ${\mathrm{Pr}}_{2}{\mathrm{Re}}_{3}{\mathrm{Si}}_{5}$ have been grown by the Czochralski method in a tetra-arc furnace. Powder x-ray diffraction confirmed that these compounds crystallize in the ${\mathrm{U}}_{2}{\mathrm{Mn}}_{3}{\mathrm{Si}}_{5}$-type tetragonal crystal structure with space group $P4/mnc$ (no. 128). The anisotropic physical properties have been studied comprehensively by measuring the magnetic susceptibility, isothermal magnetization, electrical transport, and specific heat. The low value of magnetic susceptibility together with no magnetic transition down to 2 K and the observation of the signature of the Kondo feature in the photoemission spectra provide evidence that the Ce ions are in the intermediate valence state in ${\mathrm{Ce}}_{2}{\mathrm{Re}}_{3}{\mathrm{Si}}_{5}$. On the other hand, ${\mathrm{Pr}}_{2}{\mathrm{Re}}_{3}{\mathrm{Si}}_{5}$ revealed a magnetic ordering at 9 K. The sharp drop in the magnetic susceptibility and a spin-flip-like metamagnetic transition for $H\ensuremath{\parallel}[001]$ in the magnetization plot of ${\mathrm{Pr}}_{2}{\mathrm{Re}}_{3}{\mathrm{Si}}_{5}$ suggest an Ising-type antiferromagnetic ordering. Based on magnetic susceptibility and isothermal magnetization data, a detailed crystal electric field (CEF) analysis shows that the degenerate $\mathit{J}=4$ Hund's rule derived ground state of a ${\mathrm{Pr}}^{3+}$ ion splits into nine singlets with an overall splitting of 1179 K. The magnetic ordering in ${\mathrm{Pr}}_{2}{\mathrm{Re}}_{3}{\mathrm{Si}}_{5}$ is due to the exchange-generated admixture of the lowest-lying CEF energy levels. Heat capacity data reveal a sharp peak at 9 K, which confirms the bulk nature of the magnetic ordering in ${\mathrm{Pr}}_{2}{\mathrm{Re}}_{3}{\mathrm{Si}}_{5}$.

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