$R\mathrm{B}_{12}$ 中的磁性、量子临界性与金属-绝缘体转变

本文综述了具有松散束缚稀土（RE）离子的笼状玻璃晶体结构的稀土十二硼化物的物理性质。这些化合物是强关联电子系统，同时具有活跃的电荷、自旋、轨道和晶格自由度，这解释了所有 $R\mathrm{B}_{12}$ 化合物的复杂性：一方面包括反铁磁性（TbB$_{12}$-TmB$_{12}$）和非磁性（LuB$_{12}$）金属，另一方面包括所谓的 Kondo 绝缘体化合物 YbB$_{12}$ 以及基于 Yb 的 Yb$_{x}R_{1-x}$B$_{12}$ 固溶体。共价硼网络的协同动态 Jahn-Teller 不稳定性产生了刚性笼的三方和四方畸变，并导致十二硼化物中 fcc 晶格的对称性降低。硼子晶格中的 ferrodistortive 动力学产生了重稀土离子的集体模式和准局域振动（rattling 模式），引起载流子密度的调制和动态电荷条纹的出现。我们考察了它们在非磁性参考化合物 LuB$_{12}$ 的性质中以及 $R\mathrm{B}_{12}$ 反铁磁体的相图中的表现，后者展现出具有各向异性场角相图（呈马耳他十字形）的多重磁相。我们还从 Yb 4$f$ 电子构型的不稳定性角度讨论了 YbB$_{12}$ 和基于 Yb 的十二硼化物中的金属-绝缘体转变，该不稳定性叠加于硼笼的 Jahn-Teller 不稳定性之上，提供了电荷和自旋涨落的又一机制。实验结果对 YbB$_{12}$ 中既有的 Kondo 绝缘体图景提出挑战，提供了支持 Yb-Yb 振动耦合对出现的论据，其应被视为电荷和自旋能隙形成的主要因素。