Transport Properties of YbCu4.4 Giant-unit-cell Metallic Compound

The experimental results of the transport properties: electrical resistivity, ρ, thermopower, S, and thermal conductivity, κ, of a polycrystalline sample of YbCu4.4, in the temperature range 2 to 300 K, are presented. In contrast to the divalent YbCu2 compound, YbCu4.4 has transport properties typical of an intermediate valence compound: relatively high electrical resistivity and large thermoelectric power. The electrical resistivity ρ(T) exhibits a typical Kondo lattice systems’ behaviour, with a room temperature value of ρr.t. ≈ 60 μΩ cm, while thermoelectric power S(T) is negative in the whole investigated temperature range. S(T) shows a distinct temperature dependence, which is attributed to the Kondo interaction. The room temperature, r.t., value of the thermal conductivity is κr.t. ≈ 20 W/mK. The pronounced maximum in κ(T) at low temperatures, which is frequently found in simple nonmagnetic and rather pure samples, is absent. The thermal conductivity decreases monotonically in a whole temperature range with a change in the slope around 50 K. The absence of a maximum in κ(T) could be related to the larger contribution of residual scattering processes and to the considerably weak coupling of electrons with phonons. The results are compared to the reported transport properties of similar Ce-Cu and Yb-Cu Kondo systems.</p

Low-temperature properties of single-crystal CrB2_{2}

We report the low-temperature properties of $^{11}$B-enriched single-crystal CrB$_{2}$ as prepared from high-purity Cr and B powder by a solid-state reaction and optical float zoning. The electrical resistivity, $\rho_{\rm xx}$, Hall effect, $\rho_{\rm xy}$, and specific heat, $C$, are characteristic of an exchange-enhanced Fermi liquid ground state, which develops a slightly anisotropic spin gap $\Delta \approx 220\,{\rm K}$ below $T_{\rm N}=88\,{\rm K}$. This observation is corroborated by the absence of a Curie dependence in the magnetization for $T\to0$ reported in the literature. Comparison of $C$ with $d\rho_{\rm xx}/dT$, where we infer lattice contributions from measurements of VB$_2$, reveals strong antiferromagnetic spin fluctuations with a characteristic spin fluctuation temperature $T_{\rm sf}\approx 257\,{\rm K}$ in the paramagnetic state, followed by a pronounced second-order mean-field transition at $T_{\rm N}$, and unusual excitations around $\approx T_{\rm N}/2$. The pronounced anisotropy of $\rho_{\rm xx}$ above $T_{\rm N}$ is characteristic of an easy-plane anisotropy of the spin fluctuations consistent with the magnetization. The ratio of the Curie-Weiss to the N$\acute{\rm{e}}$el temperatures, $f=-\Theta_{\rm CW}/T_{\rm N}\approx 8.5$, inferred from the magnetization, implies strong geometric frustration. All physical properties are remarkably invariant under applied magnetic fields up to $14\,\,{\rm T}$, the highest field studied. In contrast to earlier suggestions of local-moment magnetism our study identifies CrB$_{2}$ as a weak itinerant antiferromagnet par excellence with strong geometric frustration.Comment: 15 pages, 9 figure

Crystal growth of copper-rich ytterbium compounds: The predicted giant unit cell structures YbCu4.4 and YbCu4.25

Two new phases YbCu4.4 and YbCu4.25 are found as a result of careful phase diagram investigations. Between the congruent and peritectic formation of YbCu4.5 and YbCu3.5, respectively, the phases YbCu4.4 and YbCu4.25 are formed peritectically at 934(2)degC and 931(3)degC. Crystal growth was realised using a Bridgman technique and single crystalline grains of about 50-100 10^{-6}m were analyzed by electron diffraction and single crystal X-ray diffraction. Due to the only slight differences in both compositions and formation temperatures the growth of larger single crystals of a defined superstructure is challenging. The compounds YbCu4.4 and YbCu4.25 fit in Cerny`s (J. Solid State Chem. 174 (2003) 125) building principle {(RECu5)n(RECu2)} where RE = Yb with n = 4 and 3. YbCu4.4 and YbCu4.25 base on AuBe5/MgCu2-type substructures and contain approximately 4570 and 2780 atoms per unit cell. The new phases close the gap in the series of known copper-rich rare earth compounds for n = 1, 2 (DyCu3.5, DyCu4.0) and n = 5 (YbCu4.5, DyCu4.5)

Yb-Cu-Phasen mit sehr großen Einheitszellen

Im Zentrum dieser Arbeit stehen die Überstrukturphasen des Yb-Cu-Systems. Als Ausgangspunkt für die Kristallzüchtung wird die kongruent schmelzende Verbindung YbCu4:5 gewählt. Um einen genauen Einblick in das Erstarrungsverhalten dieser Phase zu erhalten, werden zunächst im Bereich zwischen 17.3 und 22.4 at-% Yb eine Reihe von DSC-Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse lassen sich nur bedingt mit den in der Literatur veröffentlichten Phasendiagrammen (Moffat [Mo92] bzw. Massalski [Ma90] und Giovannini et al. [Gi08]) vereinbaren. Zwar kann eine kongruent schmelzende Phase der Zusammensetzung YbCu4:5 nachgewiesen werden, die Messungen deuten aber die Existenz zusätzlicher Verbindungen an, die allerdings mit Hilfe der EDX-Analyse nicht weiter spezifiziert werden können. Um diese Phasen genauer zu analysieren, werden Einkristallzüchtungsversuche nach der Bridgman-Methode im Bereich zwischen 19 und 19.2 at-% Yb durchgeführt und mittels Einkristallbeugungsmethoden (SC-XRD und SAED) charakterisiert. Auf diese Weise können neben YbCu4:5 die bisher noch unbekannten berstrukturphasen YbCu4:4 und YbCu4:25 nachgewiesen werden, deren Schmelztemperaturen mittels DSC-Untersuchungen zu 934(2)°C und 931(3)°C bestimmt werden. Die Entdeckung der beiden Verbindungen bestätigt die von Cerný et al. [Ce03] bisher nur theoretisch vorhergesagte Existenz der Überstrukturphasen SECux (x=4.4 und 4.25) für das Yb-Cu-System. Mit Hilfe von Polarisations- und Rasterelektronenmikroskopie und unter Anwendung der Laue-Methode wird das Wachstumsverhalten dieser Überstrukturphasen analysiert. Man beobachtet ein Schichtwachstum, wobei sich die Schichten parallel zur a- und b-Richtung ausbilden und in c-Richtung gestapelt vorliegen. Da eine zuverlässige Unterscheidung der YbCux-Verbindungen nur mit Hilfe von Einkristallbeugungsmethoden gelingt, wird im Rahmen dieser Arbeit untersucht, inwiefern eine Charakterisierung mittels Pulverdiffraktometrie möglich ist. Die Messungen mit Synchrotronstrahlung am ESRF in Grenoble erlauben eine eindeutige Unterscheidung der Überstrukturphasen allerdings nicht. Die Analyse des an das Überstrukturgebiet angrenzenden Zusammensetzungsbereichs von 12.5 bis 17.24 at-% Yb bestätigt die Existenz der Verbindung YbCu6:5, eine kupferärmere Phase der Zusammensetzung YbCu5 kann in den DSC-Experimenten nicht nachgewiesen werden. Die Messungen belegen die Existenz einer Phasenbreite von YbCu6:0+x mit 0 <= x <= 0:5 ist, was im Gegensatz zu dem von Giovannini et al. [Gi08] publizierten Phasendiagramm steht. SC-XRD-Aufnahmen an nach der Bridgman-Methode gezüchteten Einkristallen der Zusammensetzung YbCu6:31(9) untermauern das von Hornstra und Buschow [Ho72] gefundene Strukturmodell. Die Verschiebungen der Atompositionen bedingt durch den im Gegensatz zur YbCu5-Verbindung erhöhten Kupferanteil werden mit Hilfe der gemessenen und berechneten Paarverteilungsfunktion nachvollzogen. Phasendiagrammuntersuchungen und Einkristallzüchtungsergebnisse für weitere SE-Cu-Systeme (SE =Ho, Gd) bestätigen die Existenz der Verbindung HoCu4:5 und erhärten den Verdacht sowohl in diesem als auch in den anderen Systemen noch weitere Überstrukturphasen finden zu können