复杂金属间笼状体系 Y$_{1-x}$Gd$_x$Co$_{2}$Zn$_{20}$ 的多能带电子表征

通过结合温度依赖的电子自旋共振（ESR）、热容和 $dc$ 磁化率实验，以及第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，报道了 Gd$^{3+}$ 掺杂的 YCo$_{2}$Zn$_{20}$ 单晶（Y$_{1-x}$Gd$_{x}$Co$_{2}$Zn$_{20}$：0.002 $\lesssim x \leq$ 1.00）的电子与磁性质的详细微观和定量描述。ESR 结果表明，该系统具有一种\emph{交换瓶颈}情形，其中 Gd$^{3+}$ 离子的自旋-晶格弛豫机制的各种通道可通过与费米能级处不同类型传导电子的交换相互作用来识别。来自其他技术的定量支持使得能够提取 Gd$^{3+}$ 离子的局域磁矩与费米能级处存在的不同类型传导电子之间的交换相互作用参数（$J_{fs}$、 $J_{fp}$ 和 $J_{fd}$）。尽管晶体结构复杂，我们的实验和电子结构数据的结合通过将居里-外斯温度 $\theta_{C} = -1.2(2)$~K 直接从微观参数预测出来，建立了 GdCo$_{2}$Zn$_{20}$ 作为一个模型 RKKY 系统，这与来自磁化数据的块体值非常吻合。对两端化合物 YCo$_{2}$Zn$_{20}$ 和 GdCo$_{2}$Zn$_{20}$ 的电子结构和行为的成功微观理解意味着它们可用作参考，以帮助描述相关材料的更复杂的电子性质。