Temperature dependence study of the low energy excitations in Kondo lattices with RIXS

Rare-earth intermetallic compounds are of significant interest in materials science due to their peculiar properties, largely attributed to the highly localized electrons in the 4f shell. Spin-orbit coupling and Coulomb repulsion within the 4f shell result in well-defined atomic multiplets. However, Ce and Yb compounds (one electron or hole in the 4f shell respectively), often exhibit behaviours divergent from other rare earths, that can be described with the Anderson model. In this study, I investigate the low energy excitations of these compounds using soft RIXS spectroscopy at the ID32 beamline at the ESRF, developing a high-temperature sample holder to enable studies up to 600 K. The results reveal temperature-dependent changes in the RIXS spectra, with visible gapped excitations at low temperatures and a redistribution of spectral weight towards quasi-elastic spectra at higher temperatures. The size of the energy gap and the temperature range of spectral weight redistribution correlate with the Kondo temperature of the materials. These findings provide valuable insights into the physics of these strongly hybridized rare earth intermetallics and pave the way for further theoretical investigations.

I composti intermetallici delle terre rare sono di notevole interesse grazie alle loro peculiari proprietà, largamente attribuite agli elettroni altamente localizzati nello strato 4f. L'accoppiamento spin-orbita e la forza repulsiva di Coulomb all'interno dello strato 4f risultano in ben definiti multipletti atomici. Tuttavia, i composti di Ce e Yb (rispettivamente con un elettrone o una lacuna nello strato 4f) spesso mostrano comportamenti divergenti dalle altre terre rare, che possono essere descritti con il modello di Anderson. In questo studio, investigo le eccitazioni a bassa energia di questi composti utilizzando la spettroscopia soft RIXS presso il laboratorio ID32 dell'ESRF. Per raggiungere temperature fino ai 600 K, ho sviluppato un supporto per i campioni su misura. I risultati rivelano cambiamenti dipendenti dalla temperatura nello spettro RIXS, con evidenti eccitazioni con gap energetici a basse temperature e una redistribuzione del peso spettrale verso picchi quasi elastici a temperature più alte. La dimensione del gap energetico e l'intervallo di temperatura della redistribuzione del peso spettrale sono correlati alla temperatura di Kondo dei materiali. Queste scoperte forniscono preziose intuizioni sulla fisica di questi composti intermetallici delle terre rare fortemente ibridizzati e aprono la strada a ulteriori indagini teoriche.