周期的ナノ空間に閉じ込められた4f電子が可能にする新奇特性の探索

• Project Area: New Materials Science Using Regulated Nano Spaces －Strategy in Ubiquitous Elements
• Project/Area Number: 22013013
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 佐藤 英行 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (80106608)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,800,000 (Direct Cost: ¥4,800,000); Fiscal Year 2011: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2010: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
• Keywords: 配列ナノ空間 / 充填スクッテルダイト / 重い電子 / 高圧合成 / 純良単結晶育成 / 強相関電子系 / ラットリング / ラトリング

Research Abstract

当初計画に従い、(a)興味深い特性が期待されながらこれまで純良単結晶が育成できずに特性評価が遅れているSm及びYb系の充填スクッテルダイト化合物と、(b)新奇特性が期待できるカゴ状構造を持つ物質群の、二つの系について、単結晶を育成し基礎物性評価を進めた。
(a)SmRu_4Sb_<12>を除き、残されたSm系(SmTr_4As_<12>:Tr=Fe,Ru,Os)の全てについて、単結晶を用いた基本的な基礎物性評価を行った。何れも変化に富んだ相転移を示し、電気抵抗も共通して転移温度以上で明白な対数依存を示す。特に、非磁性相転移を示すSmRu_4As_<12>は、大きな電子比熱係数と磁場に対する鈍感性の視点から興味深い。Yb系では、格子定数が最も小さいYbFe_4P_<12>(金属的伝導と非フェルミ液体的振舞)と最も大きなYbOs_4Sb_<12>の単結晶で物性評価を行った(多結晶の既報と比較し、Yb^<3+>の磁気的転移とされた比熱の大きなピーク(0.7K)が不純物によること、結晶場によるとされた30KのピークがYbイオンの籠内ラットリングによることを示すなどの新しい情報を得て、結果として充填スクッテルダイトの全体像を把握する材料を揃えることができた。(b)希土類濃度が比較的近く、籠構造をもつ立方結晶系である、RT_2Al_<20>(T=遷移金属元素)、を重点対象として、主にT=4d、5dに注目して単結晶育成と基礎物性評価を行い、Yb系では測定された全ての系でYbが2価の状態にあることを確かめた。1例として、Γ_3非磁性基底状態を持つPrTa_2Al_<20>は、相転移(～0.6K)の磁場依存性は4極子秩序を示唆するが、電子比熱係数や抵抗は、通常のフェルミ液体に従うという不可思議な特性を示す。これらの結果の系統的な評価により、籠構造により増強されたc-f混成効果について理解が進むことが期待できる。

Research Products

• [Journal Article] f-electron-nuclear hyperfine-coupled multiplets in the unconventional charge order phase of filled skutterudite PrRu_4P_<12> (2011)
  • Author(s): Y.Aoki
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 80 Issue: 5 Pages: 054704-054704
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.054704
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature-dependent development of the magnetic-field-insensitive heavy fermion state in SmOs_4Sb_<12> (2011)
  • Author(s): Y.Aoki
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn.Suppl.A Volume: 80
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unusual Field-Insensitive Phase Transition and Kondo Behavior in SmTi_2Al_<20> (2011)
  • Author(s): R. Higashinaka, T. Maruyama, A. Nakama, R. Miyazaki, Y. Aoki and H. Sato
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn Volume: 80(9) Issue: 9 Pages: 093703-093703
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.093703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Response of Itinerant-Electron Weak Ferromagnet LaFe_4As_<12> to Pressure and Magnetic Field (2010)
  • Author(s): S.Tatsuoka, H.Sato, et al.
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 79
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transport Properties in Filled Skutterudite GdRu_4P_<12> (2010)
  • Author(s): M.Watanabe, H.Sato, et al.
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Volume: 200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal field excitations in PrFe_4Sb_<12> synthesized under high pressure (2010)
  • Author(s): K.Kuwahara, H.Sato, et al.
  • Journal Title: J.Physics : Conference Series Volume: 200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crossing of the crystalline-electric-field and rattling-phonon excitation energies in the filled skutterudite superconductor Pr(Os_<1-x>Ru_x)_4Sb_<12> (2010)
  • Author(s): R.Miyazaki, H.Sato, et al.
  • Journal Title: J.of Physics : Conference Series Volume: 200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microscopic study of antiferromagnetic ground state and possible high-field ordered state in CeOs_4Sb_<12> using muon spin rotation and relaxation (2010)
  • Author(s): T.U.Ito, H.Sato, et al.
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 82
  • Peer Reviewed
• [Presentation] PrFe_4P_<12>に於ける高磁場秩序相及び新たな高磁場相境界 (2012)
  • Author(s): 佐藤英行, 他7名
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西学院大学、大阪
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] The research project on the filled skutterudites in Japan (2011)
  • Author(s): H.Sato
  • Organizer: International Workshop "From Blue Pigment to Green Energy"
  • Place of Presentation: Vikersund, Norway(Invited talk)
• [Presentation] Electronic state of 4f-electrons confined in nanoscale cages (2011)
  • Author(s): H.Sato
  • Organizer: International Conference of New Science Created by Materials with Nano Spaces
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
• [Presentation] Recent results on filled skutterudite single crystals flux-grown under high pressures (2010)
  • Author(s): H.Sato
  • Organizer: Int.Conf.on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials
  • Place of Presentation: Osaka
• [Presentation] Possible multipole order in new filled skutterudites (2010)
  • Author(s): H.Sato
  • Organizer: International Workshop "On the Heavy-Fermion road"
  • Place of Presentation: Paris
• [Presentation] Attractive behaviors of 4f-electrons in the cage-type compounds : Filled skutterudite PrFe_4P_<12> (2010)
  • Author(s): H.Sato
  • Organizer: The International Workshop on Resonating Valence Bond Physics : Spin Liquids and Beyond
  • Place of Presentation: Budapest, Hungary