EuFe$_2$As$_2$ 的局部与集体磁性

我们展示了对 $\mathrm{EuFe_2As_2}$ 局部与集体磁性的实验研究，该化合物与高温超导母体化合物 $\mathrm{BaFe_2As_2}$ 同构。与 $\mathrm{BaFe_2As_2}$ 中仅有 Fe 自旋有序不同，$\mathrm{EuFe_2As_2}$ 在 20 K 以下存在由 Eu$^{2+}$ 自旋（$J =7/2$，其中 $L=0$ 且 $S=7/2$）以 A 型反铁磁结构（铁磁层反铁磁堆叠）有序化引起的额外磁转变。这可能潜在地影响 FeAs 层及其局部与关联磁性。对 $\mathrm{EuFe_2As_2}$ 单晶进行的 Fe-K$_\beta$ X 射线发射实验揭示了在 15 K 时存在 $1.3\pm0.15~\mu_B$ 的局部磁矩，并在 300 K 时略微增加至 $1.45\pm0.15~\mu_B$。在同一晶体上进行的共振非弹性 X 射线散射（RIXS）实验显示了沿 $\mathrm{(0, 0)\rightarrow(1, 0)}$ 和 $\mathrm{(0, 0)\rightarrow(1, 1)}$ 方向的色散性宽（能量上）磁激发，带宽约为 170-180 meV。这些关于局部与集体磁性的结果与 $\mathrm{AFe_2As_2}$ 系列（$A=$ Ba、Ca 和 Sr）的其他母体化合物，特别是表征充分的 $\mathrm{BaFe_2As_2}$ 相一致。因此，我们的实验使我们得出结论：Eu 的高磁矩对 Fe 局部磁矩和自旋激发两者大小的影响很小，且局限于低能激发。