Co 掺杂铁基 pnictides 中 3d 与 4f 电子的可调相互作用

我们研究了铁基 pnictides CeFe$_{1-x}$Co$_x$AsO 和 GdFe$_{1-y}$Co$_y$AsO 中 3d 和 4f 电子的相互作用，它们对应于两种截然不同的 $4f$ 磁矩情形。CeFeAsO 和 GdFeAsO 均在高温下经历与 Fe 3d 电子相关的自旋密度波 (SDW) 相变，该相变随 Fe/Co 取代而迅速被抑制。超导性出现在狭窄的掺杂范围内：CeFe$_{1-x}$Co$_x$AsO 为 $0.05 < x < 0.2$，GdFe$_{1-y}$Co$_y$AsO 为 $0.05 < y < 0.25$，其最高转变温度 $T_\textup{sc}$ 分别约为 13.5 K（Ce）和 19 K（Gd）。在这两种化合物中，$4f$ 电子在整个掺杂范围内于低温下形成反铁磁 (AFM) 有序，而 Co 3d 电子在富 Co 一侧呈铁磁有序；当 $x = 1$ 和 $y = 1$ 时，居里温度达到 $T_\textup{C}^\textup{Co} \approx$ 75 K。在 Ce 化合物中，随着 Fe 的 SDW 相变被抑制，N\'{e}el 温度 $T_\textup{N}^\textup{Ce}$ 升高，随后在 Co 浓度进一步增加至 $x \simeq 0.8$ 时基本保持不变（$T_\textup{N}^\textup{Ce}\approx$ 4 K）。此外，在富 Co 一侧观察到 Co 诱导的 Ce 磁矩极化证据。在 Gd 化合物中，Gd 和 Co 这两种磁性物种反铁磁耦合，导致在富 Co 一侧的磁化率中呈现亚铁磁行为。对于 $0.7 \leq y < 1.0$，系统在 Gd 的 N\'{e}el 温度 ($T_\textup{N}^\textup{Gd}$) 以下可能发生磁重取向。我们的结果表明，3d-4f 电子间的电子杂化和磁交换耦合效应共同导致了稀土铁基 pnictides 中丰富的相图。