超音波計測を用いた非クラマース二重項基底に由来する強相関量子相の研究

• Project/Area Number: 09J03458
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics/Chemical physics
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 荒木 幸治 新潟大学, 大学院・自然科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 非クラマース二重項 / 超音波 / 電気四極 / 電気16極子 / 散逸量子系 / PrMg_3 / 電気四極子 / 四極子近藤効果 / 電気十六極子

Research Abstract

Pr化合物のΓ_3二重項は電気四極子O_u,O_vを持ち、PrPb_3に見られるように低温で四極子秩序を示すのが通常である。他方、PrMg_3は大きな比熱係数をもち、低温まで秩序を示さず、これまではΓ_3二重項の電気四極子と伝導電子との結合による四極子近藤状態が実現していると想像されてきた。本研究では、電気四極子を観測できる超音波計測を駆使し、非クラマース二重項Γ_3基底をもつPrMg_3における多極子効果と基底状態の解明を目指した。PrMg_3の純良単結晶をブリッジマン法で育成し超音波実験を進めた。その結果、弾性定数(C_<11>-C_<12>)/2において、Δ/2=28 Kに四極子感受率のみでは説明できない特徴的な極小を観測した。Γ_3二重項(0K)-Γ_4三重項(ΔK)系では、歪みε_vと結合する電気四極子O_vに加えて高次の電気16極子H_vも活性であることに着目し、四極子と16極子を同時に取り入れた多極子感受率で再現できることを明らかにした。この振る舞いは、同様のΓ_3-Γ_4系PrAg_2InとPrPb_3でも見られ、系統的に理解できることを見いだし、電気16極子の効果が本質的に重要であることを明らかにした。さらに、PrMg_3の弾性定数(C_<11>-C_<12>)/2の200mK付近で超音波の周波数に依存した超音波分散を観測した。この現象は、熱活性型の緩和時間を仮定したデバイ分散式で再現でき、非クラマース二重項と格子振動が強く結合したバイブロニック状態による散逸量子系が出現していることを示唆する。熱電能の結果から局在電子と伝導電子の混成が小さいと考えられることから、低温で非クラマース二重項と格子の結合による一重項基底を形成することで、対称性の破れ(相転移)は起きずにエントロピーを放出していくと考えられる。このように従来の伝導電子との結合による重い電子の形成、四極子近藤効果のシナリオとは異なる新しい概念を提示した。

Research Products

• [Journal Article] Quadrupole Orderings and Rattling Motions of Clathrate Compound Pr_3Pd_<20>Ge_6 (2012)
  • Author(s): Genki Ano, Mitsuhiro Akatsu, Koji Araki, Kazuo Matsuo, Yoshiaki Tachikawa, Keisuke Mitsumoto, Takashi Yamaguchi, Yuichi Nemoto, Terutaka Goto, Naoya Takeda, Andreas Donni, Hideaki Kitazawa
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 81 Issue: 3 Pages: 34710-34710
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.034710
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dissipation in Non-Kramers Doublet of PrMg_3 (2012)
  • Author(s): Koji Araki, Terutaka Goto, Keisuke Mitsumoto, Yuichi Nemoto, Mitsuhiro Akatsu, Hiroyuki S.Suzuki, Hiroshi Tanida, Shigeru Takagi, Shadi Yasin, Sergei Zherlitsyn, Joachim Wosnitza
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 81 Issue: 2 Pages: 23710-23710
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.023710
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Antiferro-Quadrupolar Ordering at the Lowest Temperature and Anisotropic Magnetic Field-Temperature Phase Diagram in the Cage Compound PrIr_2Zn_<20> (2011)
  • Author(s): Isao Ishii, Hitoshi Muneshige, Yasuhiko Suetomi, Takahiro K.Fujita, Takahiro Onimaru, Keisuke T.Matsumoto, Toshiro Takabatake, Koji Araki, Mitsuhiro Akatsu, Yuichi Nemoto, Terutaka Goto, Takashi Suzuki
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 80 Issue: 9 Pages: 93601-93601
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.093601
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multipole effects of Γ_3 doublet-Γ_4 triplet states in PrMg_3 (2011)
  • Author(s): Koji Araki, Yuichi Nemoto, Mitsuhiro Akatsu, Shinya Jyumonji, Terutaka Goto, Hiroyuki S.Suzuki, Hiroshi Tanida, Shigeru Takagi
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 84 Issue: 4 Pages: 45110-45110
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.045110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quadrupole Effects of Layered Iron Pnictide Superconductor Ba(Fe_<0.9>Co_<0.1>)_2As_2 (2011)
  • Author(s): Terutaka Goto, Ryosuke Kurihara, Koji Araki, Keisuke Mitsumoto, Mitsuhiro Akatsu, Yuichi Nemoto, Shunichi Tatematsu, Masatoshi Sato
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 80 Issue: 7 Pages: 73702-73702
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.073702
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low-Temperature Elastic Properties of Non-Kramers Doublet Compound PrMg_3 (2011)
  • Author(s): K.Araki, K.Mitsunoto, M.Akatsu, Y.Nemoto, T.Goto, H.S.Suzuki, H.Tanida, S.Takagi, S.Yasin, S.Zherlitsyn, J.Wosnitza
  • Journal Title: J.Phys. : Conf.Ser. Volume: 273 Pages: 12002-12002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic-Field-Independent Ultrasonic Dispersions in the Magnetically Robust Heavy Fermion System SmOs_4Sb_<12> (2011)
  • Author(s): T.Yanagisawa, Y.Ikeda, H.Saito, H.Hidaka, H.Amitsuka, K.Araki, M.Akatsu, Y.Nemoto, T.Goto, P.-C.Ho, R.E.Baumbach, M.B.Maple
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 80 Pages: 43601-43601
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quadrupole Ordering and Ratteling in Clathrate Compound PrPd_<20>Ge_6 (2011)
  • Author(s): G.Ano, K.Matsuo, K.Araki, Y.Tachikawa, K.Mitsumoto, M.Akatsu, Y.Nemoto, T.Goto, N.Takeda, A.Kikkawa, A.Donni, H.Kitazawa
  • Journal Title: J.Phys. : Conf.Ser. Volume: 273 Pages: 12002-12002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quadrupole effects non-Kramers doublet system PrMg3 (2009)
  • Author(s): K.Araki, T.Yoshikawa, M.Akatsu, I.Ishii, Y.Nemoto, T.Goto, H.S.Suzuki, H.Tanida, S.Takagi, B.Luthi
  • Journal Title: Physica B 404 Pages: 3187-3190
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrasonic investigation of off-center rattling in Pr_<0.55>Nd_<0.45>Os_4Sb_<12> (2009)
  • Author(s): Tatsuya Yanagisawa, Taichi Mayama, Hiroyuki Hidaka, Hiroshi Amitsuka, Akio Yamaguchi, Koji Araki, Yuichi Nemoto, Terutaka Goto, Naoya Takeda, Pei-Chun Ho, M.Brian Maple
  • Journal Title: Physica B 404 Pages: 3235-3237
  • Peer Reviewed
• [Presentation] PrMg_3の非クラマース二重項と格子の結合による散逸量子状態 (2012)
  • Author(s): 荒木幸治, 後藤輝孝, 三本啓輔, 根本祐一, 赤津光洋, 鈴木博之, 谷田博司, 高木滋, Shadi Yasin, Sergei Zherlitsyn, Joachim Wosnitza
  • Organizer: 日本物理学会2012年第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学(兵庫)
• [Presentation] 鉄砒素超伝導体Ba(Fe_<1-x>Co_x)_2As_2における電気四極子揺らぎ (2012)
  • Author(s): 栗原綾佑, 後藤輝孝, 荒木幸治, 三本啓輔, 赤津光洋, 根本祐一, 小林義明, 佐藤正俊
  • Organizer: 日本物理学会2012年第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学(兵庫)
• [Presentation] 擬スピン一次元系BaCo_2V_2O_8の弾性ソフト化 (2012)
  • Author(s): 赤津光洋, 早坂千明, 三本啓輔, 荒木幸治, 根本祐一, 奥西巧一, 後藤輝孝, 大村公美子, 山口博則, 木村尚次郎, 萩原政幸
  • Organizer: 日本物理学会2012年第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学(兵庫)
• [Presentation] PrIr_2Zn_<20>の反強四極子秩序 (2011)
  • Author(s): 石井勲, 宗重仁士, 末冨靖彦, 藤田貴弘, 鬼丸孝博, 松本圭介, 高畠敏郎, 荒木幸治, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 鈴木孝至
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
• [Presentation] 超音波による鉄砒素超伝導体の電気四極子の研究 (2011)
  • Author(s): 後藤輝孝, 栗原綾佑, 赤津光洋, 三本啓輔, 荒木幸治, 根本祐一, 立松峻一, 佐藤正俊
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
• [Presentation] 超音波を用いた鉄ヒ素超伝導体Ba(Fe_<0.9>Co_<0.1>)_2As_2の四極子効果の研究 (2011)
  • Author(s): 栗原綾佑, 後藤輝孝, 荒木幸治, 三本啓輔, 赤津光洋, 根本祐一, 立松峻一, 佐藤正俊
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
• [Presentation] Ultrasonic Investigation on Layerd Iron Pnictide Superconductor Ba(Fe_<0.9>Co_<0.1>)_2As_2 (2011)
  • Author(s): Terutaka Goto, Ryousuke Kurihara, Koji Araki, Keisuke Mitsumoto, Mitsuhiro Akatsu, Yuichi Nemoto, Shunichi Tatematsu, Masatoshi Sato
  • Organizer: 26th International Conference on Low Temperature Physics
  • Place of Presentation: Beijing, China
• [Presentation] Low-Temperature Ultrasonic Dispersion in Non-Kramers Doublet Compund PrMg_3 (2011)
  • Author(s): Koji Araki, Terutaka Goto, Keisuke Mitsumoto, Mitsuhiro Akatsu, Yuichi Nemoto, Hiroyuki S.Suzuki, Hiroshi Tanida, Shigeru Takagi, Shadi Yashin, Sergei Zherlitsyn, Joachim Wosnitza
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2011
  • Place of Presentation: Cambridge, United Kingdom
• [Presentation] Ultrasonic Investigation of Quadrupole Effects in PrFe_4P_<12> Under Magnetic Fields along [111] (2011)
  • Author(s): Yuichi Nemoto, Yoshiki Ikeda, Takenori Nishikata, Genki Ano, Keisuke Mitsumoto, Koji Araki, Mitsuhiro Akatsu, Terutaka Goto, Naoya Kurotaki, Naoya Takeda
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2011
  • Place of Presentation: Cambridge, United Kingdom
• [Presentation] Ultrasonic Investigations on Layered Iron Pnictide Superconduct or Ba(Fe_<0.9>Co_<0.1>)_2As_2 (2011)
  • Author(s): T.Goto, R.Kurihara, K.Araki, M.Akatsu, K.Mitsumoto, Y.Nemoto, S.Tatematsu, M.Sato
  • Organizer: International Workshop on Novel Superconductors and Super Materials 2011
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
• [Presentation] 超音波によるCe_3Pd_<20>Si_6の近藤効果の研究 (2011)
  • Author(s): 松尾一穂, 藤田雅也, 阿野元貴, 荒木幸治, 立川喜章, 三本啓輔, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 武田直也, 酒井治, Andreas Doenni, 北澤英明
  • Organizer: 日本物理学会第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
• [Presentation] カゴ状化合物Nd_3Pd_<20>Ge_6のラットリングと四極子効果 (2011)
  • Author(s): 戸谷田貴志, 阿野元貴, 荒木幸治, 立川喜章, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 北澤英明
  • Organizer: 日本物理学会第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
• [Presentation] 超音波計測によるTmAg_2Inの四極子効果の研究 (2011)
  • Author(s): 谷野龍慈, 荒木幸治, 三本啓輔, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 鈴木博之, 高木滋
  • Organizer: 日本物理学会第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
• [Presentation] CePd_3S_4の四極子秩序 (2011)
  • Author(s): 高橋直紀, 荒木幸治, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 松岡英一, 綿引正倫, 谷垣勝己, 小野寺秀也
  • Organizer: 日本物理学会第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
• [Presentation] 超音波による鉄系砒素超伝導Ba(Fe_<0.9>Co_<0.1>)_2As_2の軌道揺らぎの研究 (2011)
  • Author(s): 後藤輝孝, 栗原綾佑, 小池達哉, 荒木幸治, 三本啓輔, 赤津光洋, 根本祐一, 佐藤正俊
  • Organizer: 日本物理学会第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
• [Presentation] 希土類化合物Ce_3Pd_<20>Si_6の近藤効果 (2011)
  • Author(s): 阿野元貴, 松尾一穂, 藤田雅也, 荒木幸治, 立川喜章, 三本啓輔, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 武田直也, 酒井治, Andreas Donni, 北澤英明
  • Organizer: 日本物理学会第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
• [Presentation] 正方晶化合物RCu_2Si_2(R=Pr, Dy)の四極子効果 (2010)
  • Author(s): 後藤沙織、三本啓輔、荒木幸治、赤津光洋、根本祐一、後藤輝孝、Nguyen Duc DUNG、松田達磨、芳賀芳範、太田有基、杉山清寛、摂待力生、大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス
  • Year and Date: 2010-03-20
• [Presentation] 超音波計測によるDyPd_3S_4の多極子秩序の研究II (2010)
  • Author(s): 吉川拓摩、高橋直紀、荒木幸治、赤津光洋、根本祐一、後藤輝孝、松岡英一、綿引正倫、谷垣勝己、小野寺秀也
  • Organizer: 日本物理学会第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス
  • Year and Date: 2010-03-20
• [Presentation] 超音波計測によるRPd_3S_4の四極子秩序 (2010)
  • Author(s): 根本祐一、吉川拓摩、荒木幸治、赤津光洋、松岡英一、綿引正倫、谷垣勝己、小野寺秀也、後藤輝孝
  • Organizer: 日本物理学会第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス
  • Year and Date: 2010-03-20
• [Presentation] 超音波によるPr_3Pd_<20>Ge_6の四極子秩序 (2010)
  • Author(s): 阿野元貴、松尾一穂、荒木幸治、立川喜章、赤津光洋、根本祐一、後藤輝孝、武田直也、吉川明子、Andreas Donni、北澤英明
  • Organizer: 日本物理学会第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津島キャンパス
  • Year and Date: 2010-03-20
• [Presentation] Low-Temperature Elastic Properties of Non-Kramers Doublet Compound PrMg_3 (2010)
  • Author(s): K.Araki, K.Mitsumoto, M.Akatsu, Y.Nemoto, T.Goto, H.S.Suzuki, H.Tanida, S.Takagi, Y.Yasin, S.Zherlitsyn, J.Wosnitza
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2010,
  • Place of Presentation: Santa Fe, America
• [Presentation] Ratteling and Quadrupole Ordering in Clathrate Compound PrPd_<20>Ge_6 (2010)
  • Author(s): G.Ano, K.Matsuo, K.Araki, Y.Tachikawa, K.Mitsumoto, M.Akatsu, Y.Nemoto, T.Goto, N.Takeda, A.Kikkawa, A.Donni, H.Kitazawa
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2010
  • Place of Presentation: Santa Fe, America
• [Presentation] 非クラマース二重項基底を持つPrMg_3の低温超音波分散 (2010)
  • Author(s): 荒木幸治, 三本啓輔, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 鈴木博之, 谷田博司, 高木滋, Shadi Yasin, Sergei Zherlitsyn, Joachim Wosnitza
  • Organizer: 日本物理学会2010年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] カゴ状化合物Pr_3Pd_<20>Ge_6のラットリング (2010)
  • Author(s): 阿野元貴, 松尾一穂, 荒木幸治, 立川喜章, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 武田直也, 酒井治, 吉川明子, Andreas Doenni, 北澤英明
  • Organizer: 日本物理学会2010年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] 超音波計測によるCePd_3S_4の四極子効果の研究 (2010)
  • Author(s): 高橋直紀, 荒木幸治, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 松岡英一, 綿引正倫, 谷垣勝己, 小野寺秀也
  • Organizer: 日本物理学会2010年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] PrPd_3の磁気相図II (2010)
  • Author(s): 鈴木博之, 吉川明子, 荒木幸治, 高橋直紀, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝
  • Organizer: 日本物理学会2010年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
• [Presentation] 充填スクッテルダイト(Pr_<1-x>La_x)Os_4Sb_<12>のラットリングとトンネリング (2009)
  • Author(s): 根本祐一、戸谷田貴志、阿野元貴、荒木幸治、赤津光洋、石井勲、武田直也、落合明、菅原仁、佐藤英行、後藤輝孝
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学黒髪キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] 低温超音波測定によるRCu_2Si_2の四極子効果 (2009)
  • Author(s): 三本啓輔、後藤沙織、荒木幸治、赤津光洋、根本祐一、後藤輝孝、Nguyen Duc DUNG、松田達磨、芳賀芳範、太田有基、杉山清寛、摂待力生、大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学黒髪キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] 超音波による正方晶化合物PrCu_2Si_2の四極子効果II (2009)
  • Author(s): 後藤沙織、三本啓輔、荒木幸治、赤津光洋、根本祐一、後藤輝孝、Nguyen Duc DUNG、松田達磨、芳賀芳範、太田有基、杉山清寛、摂待力生、大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学黒髪キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-25
• [Presentation] 超音波によるPrMg_3の低温量子相の研究 (2009)
  • Author(s): 荒木幸治、吉川拓摩、赤津光洋、根本祐一、後藤輝孝、鈴木博之、谷田博司、高木滋
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学黒髪キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-25
• [Presentation] 超音波計測によるDyPd_3S_4の多極子秩序の研究 (2009)
  • Author(s): 吉川拓摩、高橋直紀、荒木幸治、赤津光洋、根本祐一、後藤輝孝、石井勲、綿引正倫、松岡英一、谷垣勝己、小野寺秀也
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学黒髪キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-25
• [Presentation] Electron-Phonon Interaction in Relation to Rattling in Pr_<1-x>La_xOs_4Sb_<12> (2009)
  • Author(s): Y.Nemoto, A.Yamaguchi, S.Goto, K.Araki, I.Ishii, M.Akatsu, N.Takeda, A.Ochiai, T.Goto
  • Organizer: 9^<th> International Conference on Research in High Magnetic Fields
  • Place of Presentation: Dresden, Germany
  • Year and Date: 2009-07-25
• [Remarks] 新潟大学後藤研究室
  • URL: http://www.sc.niigata-u.ac.jp/goto/
• [Remarks] 新潟大学後藤研究室
  • URL: http://www.sc.niigata-u.ac.jp/goto/
• [Remarks] 新潟大学後藤研究室
  • URL: http://www.sc.niigata-u.ac.jp/goto/