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Experimental observation of temperature and magnetic-field evolution of the 4${it f}$ states in CeFe$$_{2}$$ revealed by soft X-ray magnetic circular dichroism

軟X線磁気円二色性実験で明らかにしたCeFe$$_{2}$$の4${it f}$状態の温度及び磁場依存性

斎藤 祐児; 保井 晃*; 渕本 寛人*; 中谷 泰博*; 藤原 秀紀*; 今田 真*; 鳴海 康雄*; 金道 浩一*; 高橋 稔*; 海老原 孝雄*; 関山 明*

Saito, Yuji; Yasui, Akira*; Fuchimoto, Hiroto*; Nakatani, Yasuhiro*; Fujiwara, Hidenori*; Imada, Shin*; Narumi, Yasuo*; Kindo, Koichi*; Takahashi, Minoru*; Ebihara, Takao*; Sekiyama, Akira*

単結晶CeFe$$_2$$を用い、X線吸収(XAS)磁気円2色性(XMCD)の高精度実験により、その強磁性的秩序相におけるCe4$$f$$状態を調べた。Ce $$M_{4,5}$$ XMCDスペクトルは、温度及び磁場に依存した形状変化を示す一方、Ce $$M_{4,5}$$ XAS、Fe $$L_{2,3}$$ XAS及びXMCDスペクトルでは変化が観測されないという通常の強磁性体とは異なる現象が観測された。このような振る舞いは、Ce 4$$f^1$$配置の$$J=5/2$$基底状態と$$J=7/2$$状態が混ざり合ったことに由来すると解釈できる。外部摂動に対し非常に敏感なCe 4$$f$$状態は、本物質での強磁性相と反強磁相が隣接する磁気不安定性と関連付けることができる。我々の実験データは、混成の強い強磁性Ce化合物の物性に対して、貴重な情報を与える。

We revisit the delocalized character of the 4$$f$$ states of CeFe$$_2$$ in the ferromagnetically ordered phase by X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) in X-ray absorption spectroscopy (XAS) with improved data quality using single crystals. Surprisingly, the Ce $$M_{4,5}$$ XMCD spectral shape changes significantly as a function of temperature and applied magnetic field, with no concomitant changes in the spectral shape of the Ce $$M_{4,5}$$ XAS as well as the Fe $$L_{2,3}$$ XAS and XMCD. This unusual behavior is characterized by the $$J=7/2$$ states in a 4$$f^1$$ configuration mixed into the $$J=5/2$$ ground state. Such extreme sensitivity of the Ce 4$$f$$ states to the external perturbations can be related to the magnetic instability toward an antiferromagnetic phase in CeFe$$_2$$. Our experimental data presented here provide valuable insights into the underlying physics in strongly-hybridized ferromagnetic Ce compounds.

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パーセンタイル:100

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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