CeLiBi$_2$中交织的非典型量子态

我们报道了CeLiBi$_2$的发现,这是四方Ce$TX_2$($T$=过渡金属;$X$=磷族元素)家族中首例以碱金属阳离子取代典型过渡金属的材料。磁化率与中子粉末衍射测量与晶体场 $\Gamma_6$ 基态Kramers双重态相符,其在 $T_N = 3.4$ K 以下反铁磁有序,并具有非公度传播波矢 ${\bf{k}} = (0, 0.0724(4), 0.5)$,产生磁结构纳米级调制。有序态的最佳模型为椭圆摆线,Ce磁矩主要位于 $ab$ 平面内。这极为罕见,因为所有其他 $\Gamma_6$ Ce$TX_2$ 成员均铁磁有序。此外,我们在磁致伸缩、磁化与电阻测量中观察到在 $2$ T 处的非典型难轴变磁转变。CeLiBi$_2$ 是具主导斜散射导致大反常霍尔效应的高导电材料中的罕见例子。磁致伸缩与磁化率数据中出现五个频率的量子振荡,直至 $T = 30$ K 与 $\mu_0H = 55$ T,表明存在有效质量低至0.07$m_e$的轻载流子小费米口袋。密度泛函理论计算表明方网Dirac状Bi$-p$能带是这些超轻载流子的来源。综上,我们的结果表明CeLiBi$_2$在单一洁净材料中实现了多种非典型磁性与电子性质。