Heavy-fermion behavior of itinerant frustrated systems: -Mn, Y(Sc)Mn₂, and LiV₂O₄

摘要

These three metallic systems do not exhibit any magnetic ordering despite experiments showing the existence of localized moments with large anti-ferromagnetic exchange: we propose that this is a direct consequence of the strong geometric frustration since Y(Sc)Mn₂ and LiV₂O₄ have the pyrochlore structure, while -Mn has a more complicated frustrated structure. Another similarity between these compounds is their very large specific-heat coefficient = C/T (420 mJ mol–1 K–2 for LiV₂O₄). Several explanations have been proposed for this "3d heavy-fermion behavior", including a 3d-Kondo effect. However, the similarities between the three compounds indicate that frustration plays a big role. We describe a new model in which we take into account the existence of two types of 3d-electrons (localized and itinerant) and a frustrated anti-ferromagnetic exchange between the localized 3d electrons. PACS Nos.: 75.10Hk, 75.50Ee, 75.40Cx, 75.40-sNous étudions trois composés métalliques qui ne montrent aucun ordre magnétique, bien qu'ils aient des moments localisés avec des échanges antiferromagnétiques importants. Nous suggérons que ceci est une conséquence directe d'une forte frustration géométrique, puisque Y(Sc)Mn₂ et LiV₂O₄ ont une structure pyrochlore alors que -Mn a une structure frustrée plus compliquée. La valeur élevée de leur coefficient de chaleur spécifique = C/T (420 mJ mol–1 K–2 pour LiV₂O₄) est une autre de leurs caractéristiques communes. Plusieurs explications ont été avancées pour expliquer ce comportement de fermion lourd 3d, y compris un effet Kondo 3d. Cependant, les similarités entre les trois composés suggèrent que la frustration joue un rôle important. Nous présentons un nouveau modèle dans lequel nous tenons compte de deux types d'électrons 3d (localisés et itinérants) et d'un échange antiferromagnétique frustré entre les électrons 3d localisés. [Traduit par la Rédaction]