半金属铁磁体EuB$_6$中磁极化子形成导致的电子相分离——一项弱非线性输运研究

我们报告了在低载流子密度半金属铁磁体EuB$_6$中弱非线性电子输运的测量结果，该测量通过三次谐波电压产生$V_{3\omega}$进行。EuB$_6$表现出不寻常的磁有序，在$T_{c_1} = 15.6$\,K和$T_{c_2} = 12.5$\,K处有两个连续相变。在零磁场下通过铁磁转变冷却时，线性电阻率在上转变点$T_{c_1}$处的急剧下降与非线性的出现同时发生，并且随着进一步冷却，在下转变点$T_{c_2}$处$V_{3 \omega}$出现显著峰值。同样，在顺磁区，材料磁阻$R(H)$的下降先于磁场诱导的非线性输运峰值。一个引人注目的观察结果是$V_{3\omega}^{\rm peak}(H)$的线性温度依赖性。我们提出一个图像：在上转变点$T_{c_1}$处，合并的磁极化子形成一条导电通路，导致电阻急剧下降。磁极化子形成开始于约$T^\ast \sim 35$\,K，在此温度以下这些实体是孤立的且强烈涨落，同时数量增加。然后磁极化子在$T_{c_1}$处开始形成连接，此时观察到逾渗电子输运。磁极化子在阈值$T_{c_2}$处合并并开始形成连续体。在顺磁温度区间$T_{c_1} < T < T^\ast$内，磁场诱导磁极化子逾渗，并且伴随电荷载流子退局域化的阈值发生在单个临界磁化强度处。