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

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09J03458
• 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)
• 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

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 Pages: 034710
  • 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 Pages: 023710
  • 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 Pages: 093601
  • 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 Pages: 045110
  • 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 Pages: 073702
  • DOI: 10.1143/JPSJ.80.073702
  • 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)
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [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)
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [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)
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [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)
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [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)
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [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)
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [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
  • Year and Date: 20110829-20110903
• [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
  • Year and Date: 20110829-20110903
• [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
  • Year and Date: 20110810-20110817
• [Remarks] 新潟大学後藤研究室
  • URL: http://www.sc.niigata-u.ac.jp/goto/