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3.4 光电发射信号和金属中的窄带
在 Ni 和 Ce 金属化合物中观察到的卫星是以下事实的直接结果,
即在这些材料中 d 和 f 电子在相对较窄能带中移动。这意味着在时间
尺度上实验中,系统不能完全弛豫,因此在 PES 实验中观察到复杂
的激发光谱。例如 Ni 材料,3d 带宽约为 3eV,EF 附近的实验 EDC
将粗略地反映多晶样品中重整化的单电子态密度,Ce 金属的 4f 带宽
约为 0.1eV 或更小,EF 附近的 EDC 的含义不太明显。
在这方面特别感兴趣的是具有特别,费米能量下的高密度状态,
因此表现出一些非常有趣的电子特性,这种系统具有比热系数,相比
于铜γ=1,这些系统称为重费米子系统,如果用正常的自由电子形式
来描述它们,大'Y 意味着非常大的有效质量,EF 附近约 0.8eV 宽的
结构是“松弛”4f 峰,因此反映了 4f 激发光谱尽可能接近基态,因为它
可以在低分辨率的 PES 实验中测量
该光谱在图 3.34 中与相同材料的点接触测量结果进行了比较,
据信,这些实验大约测量了费米能量周围的重整化单粒子态密度,在
这种情况下,其宽度仅为几 meV。两种测量类型的比较令人信服地
表明,对于此类材料,无法使用标准(低分辨率)PES 技术测量适当
的激发函数(1.61)。然而,从核心能级,我们可以通过给定的分析获
得重费米子系统中“f 能级”占用的间接信息。
另一方面,先进的(高分辨率)光发射实验可以在分辨率上与点
接触测量相媲美,并且可能包含更多信息。低温与高分辨率 UPS 设
备的结合在高度相关的系统(如铈化合物)中形成了非常详细的电子
结构,高分辨率数据,与 Ce 金属的高分辨率 PES 数据(图 2.28)
和图 3.30 中的数据进行比较表明,点接触技术可以粗略地测量“真正
的”4f 带宽,这些光谱只有很小的 4f 贡献,因为在该光子能量下 4f 光
截面较低。
在面板 a 的光谱中看不到自旋轨道分裂,TK<100K 的 Ce 系统,
其中明确考虑了该杂质与导带(H)之间的耦合强度。在 T=0 时,该模
型导致费米能量附近发生所谓的近藤共振。这是一个具有结合能
kBTK(TK:近藤温度)的多体态,它堆积了 EF 附近的态密度,近
藤共振有时用于在铈化合物的价带 PES 中观察到的费米能量附近的
所有强度。
T>TK 时 , 近 藤 共 振 弱 , 例 如 , T=300Kin"(γ-Ce(TK=70K) ,
T=300KinCeAl(TK=2K),在最简单的 GUnnarssonSchonhammer 计
算中,从 T=0K 扩展到 T=300K 因此会削弱近藤共振,从而也会削弱
EF 附近的强度。然而,这与实验数据不太吻合,
(图 3.35)在 T=300K
时显示 EF 附近的强度数据。这个问题可以通过最简单形式的杂质模
型忽略内部 4f(单离子)激发来解决,它忽略了以下方面:在固体中,
原则上必须在能带图中描述 4f 电子(尽管由于 4f 电子的高度局域化,
该能带很窄)
,在带中存在“单粒子”激发,这可能是造成 T»TK 在 EF
附近观察到的大部分强度的原因,通过考虑自旋轨道相互作用和晶体
场相互作用进入杂质模型,
图 3.36 描绘了具有自旋轨道相互作用(Eso)和晶体场相互作用
(ECF)的单一杂质模型中的模型计算[3.174],该系统的 Kondo 温度为
TK=35K(CeSi2)。在低于 TK 的 T=15K 处,顶部光谱具有三个特征:
280meV 处的 4fi/2 峰、35meV 处的晶体场峰和 EF 处的 Kondo 峰。
该光谱表明 Kondo 峰对 EB 的总信号贡献很小的强度 500meV,小 TK
材料。如果引入 18meV 的仪器展宽(Einst),则晶体场峰和 Kondo 共
振不再可区分,通过将温度升高到 T»TK,Kondo 共振减弱,但
400meV~EB~EF 的总强度大致保持不变,因为该强度的大部分是由
晶体场和自旋轨道激发给出的。然而,对于实际的定量计算,人们必
须求助于一种易于管理的模型,而杂质模型在这里取得了相当大的成
功。
筛选图片包含 f 电子与价带之间的杂化,Ef 是 f 电子的(未杂化)
电离能,Tm 是局域化的 f 电子和价带杂化矩阵元素,然后,我们提
到,除了晶体场和自旋轨道激发产生的贡献外,在 GunnarssonSchonhammer 计算中从 f2 态混合到初始态[3.140]获得了 EF 附近的
温度无关强度,
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