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稀土元素特殊的外电子层结构使稀土化合物呈现出诸如近藤效应、晶场效应(CEF)、RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida)相互作用、重电子效应等与4f电子相关的特性。晶场理论表明:稀土离子的磁各向异性主要是来自晶体场的影响。在晶场作用下,稀土离子的基态波函数简并消除或部分消除,并对系统的电阻率、磁化率和比热等性质产生影响。本研究通过计算不同对称性晶场影响下稀土离子的基态分裂进一步解释稀土化合物的磁性,将有助于进一步了解稀土化合物的磁结构和物理特性,在材料物性研究和应用方面能起到积极的指导作用。
本研究使用点电荷模型,在晶场理论和分子场理论的基础上,采用参数拟合方法,对正交晶系的稀土三元金属间化合物Ce3Rh2Ga2和Ce3Rh2Ge2,CeRh3Si2和CeaRh3Si2、ReRhZn(Re=Ce、Pr、Nd),以及六角晶系的稀土三元金属间化合物CcCuIn和PrCuIn等的磁化率倒数—韫度曲线进行了模拟,并分析和讨论了在不同对称性晶场影响下稀土离子的基态分裂,得到了分裂能和波函数,其中,模拟曲线与实验曲线吻合的较好。
研究结果表明:在晶场效应的影响下,稀土离子多重基态分裂后得到的是相同J不同m的波函数的线性组合,Kramers离子ce3+(J=5/2)六重简并基态2F5/2分裂为3个双基态,且不再是纯的双基态,而是混合的双基态。这与当稀土元素具有奇数个f电子时,必定拥有双重基态的Kramers定理是一致的。非Kramers离子pr3+(J=4)九重简并基态3H4分裂得到了9个单态,Nd3+(J=3)5重简并基态分裂得到了5个单态,稀土离子之间强烈的交换相互作用使得Pr3+、Nd3+单基态下也发生了磁有序转变。
在低温下稀土金属间化合物中强烈的晶场效应,使稀土离子基态分裂,拟合的磁化率倒数—温度曲线一般在低温下发生偏离,这是由于在近藤温度以下的低温区域,近藤效应和晶场效应同时出现,同时还伴随有磁有序,4f电子和传导电子之间的杂化等的影响所致。