プラセオジウム化合物における多極子、フォノン、核スピンによる複合量子状態の研究

• Project Area: Emergence of Heavy Electrons and Their Ordering
• Project/Area Number: 23102710
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 椎名 亮輔 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (30326011)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2012: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2011: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: 磁性 / 希土類 / スクッテルダイト / 多極子 / 混成効果 / プラセオジウム / 電荷 / フラストレーション / 希土類化合物 / f電子系 / 結晶場 / 核スピン / X線散乱 / 混成 / フォノン

Outline of Annual Research Achievements

PrFe4P12の秩序状態に関して、良く知られているpバンドとともに、遷移金属イオンによるdバンドを考慮し、df混成による解析を行った。pf混成がpバンドのフェルミ面のネスティングにより多極子の反強的配列を安定化させることは従来から知られていたが、混成起源のdf相互作用がPrイオン間に強磁性を安定化させる傾向があることが分かった。したがって、pfおよびdf混成はf状態に強いフラストレーションをもたらすことことになる。これらの特徴を考慮した半現象論的モデルを導入し、df相互作用の増強に伴い、反強磁性から強磁性への転移が生じること、そしてその転移点近傍で反強的電荷秩序状態が安定化することなどを示した。このような相変化はPrFe4P12の圧力効果や置換効果を良く説明する。
また、SmRu4P12の異常な秩序状態の解析にも着手した。pf混成に基づく有効ハミルトニアンが磁気および電荷相互作用を同程度に含むことを示した。その上で、外部磁場の印可により、磁性と電荷秩序が混じり合い、転移温度を増強させることを示した。また、磁気相互作用によって、伝導電子状態に強い交換場が発生することで、磁場下では金属絶縁体転移が磁気転移温度とは異なる温度で生じうることを指摘した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 競合的混成によるスクッテルダイトの統一的理解とp-d-f系の物理 (2013)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Journal Title: 重い電子ニュースレター Volume: 第5巻2号 Pages: 48-49
• [Journal Article] Anisotropic Form Factors of Neutron Scattering by Magnetic Octupole in CeB6 (2012)
  • Author(s): R. Shiina
  • Journal Title: Journal of Physics Conference Series Volume: 391 Pages: 012064-012064
  • DOI: 10.1088/1742-6596/391/1/012064
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stability of Charge and Magnetic Orderings due to Competing Interactions in PrFe4P12 (2012)
  • Author(s): R. Shiina
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 81 Issue: 10 Pages: 105001-105001
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.105001
  • NAID: 210000109749
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hide and Seek in the Shastry-Sutherland Lattice (2012)
  • Author(s): R. Shiina
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: Online News and Comments Pages: 1-1
• [Journal Article] Multipolar Interaction Derived from d-f Hybridization in Pr-Based Filled Skutterudite Compounds (2012)
  • Author(s): R.Shiina
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 81
  • NAID: 40019151512
  • Peer Reviewed
• [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, T.Namiki, S.R.Saha, T.Tayama, T.Sakakibara, R.Shiina, 以下3名
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 80
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effective Hamiltonians for Unconventional Charge Ordering in Pr-Based Filled Skutterudite Compounds (2011)
  • Author(s): R.Shiina, H.Shiba
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 80
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Octupole Ordering Phases and Elastic Neutron Scattering in f-Electron Systems (2011)
  • Author(s): R.Shiina
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 80
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theory of Low-Temperature Magneto-Transport in Unconventional Charge Order Phase of Skutterudite PrRu_4P_<12> (2011)
  • Author(s): R.Shiina
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 80
  • Peer Reviewed
• [Presentation] SmRu4P12における金属絶縁体転移と異常磁性の理論 (2013)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: 日本物理学会2013年年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] スクッテルダイトにおける混成と相転移の理論 (2013)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: 新学術領域「重い電子」ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2013-01-12
• [Presentation] PrFe4P12における電荷および磁気秩序の競合とcf混成効果 (2012)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: 新学術領域「重い電子」ワークショップ
  • Place of Presentation: 首都大学東京
  • Year and Date: 2012-09-26
• [Presentation] PrFe4P12におけるcf混成とスピンパイエルス状態 (2012)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] 非共鳴X線回折実験によりURu2Si2の隠れた秩序に伴う多重極秩序の検証 (2012)
  • Author(s): 高阪勇輔
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] Prスクッテルダイトにおけるcf混成、多極子相互作用、電気伝導 (2012)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: 新学術領域「重い電子」ワークショップ
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2012-06-09
  • Invited
• [Presentation] Prスクッテルダイトにおけるdf混成と多極子相互作用 (2012)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] Prスクッテルダイトにおけるdf混成と多極子相互作用 (2012)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: 新学術領域ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所
  • Year and Date: 2012-01-10
• [Presentation] PrRu_4P_<12>におけるcf混成と低温輸送特性 (2011)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: 新学術領域ワークショップ
  • Place of Presentation: 新潟大学
  • Year and Date: 2011-11-12
• [Presentation] PrRu_4P_<12>におけるpf混成と低温輸送現象の理論 (2011)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Theory of Unconventional Charge Ordering and Low-Temperature Magneto-Transport in PrRu_4P_<12> (2011)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: Skutterudite Workshop
  • Place of Presentation: Oslo (Norway)
  • Year and Date: 2011-09-07
• [Presentation] Magnetic Octupole Ordering and Elastic Neutron Scattering in f-Electron Systems (2011)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron System
  • Place of Presentation: Cambridge (England)
  • Year and Date: 2011-09-02
• [Presentation] PrRu_4P_<12>の電荷秩序相における低温磁気抵抗の理論 (2011)
  • Author(s): 椎名亮輔
  • Organizer: 新学術領域第3回研究会
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所
  • Year and Date: 2011-06-25