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2015 Fiscal Year Annual Research Report

非クラマース系希土類化合物における四極子ゆらぎを媒介とした超伝導対形成の研究

Research Project

Project/Area Number 14J06440
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

脇舎 和平  広島大学, 先端物質科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Keywords希土類化合物 / カゴ状化合物 / 構造相転移 / 超伝導
Outline of Annual Research Achievements

最近, 4f2配位のPrを内包したカゴ状化合物PrT2X20 (T:遷移金属, X=Zn, Al) において, 4f電子がもつ四極子の自由度が関与する新奇な超伝導の可能性が指摘され注目を集めている。本研究では, 4f電子の多極子自由度と超伝導の相関を探るため, 同型の化合物であるPrOs2Zn20に着目し研究を行った。この化合物は, 構造相転移と超伝導転移をそれぞれTs=87 KとTc=0.06 Kで示す。本年度は, Prがもつ4f電子の電子状態を考える上で重要となる構造相転移の機構を調べた。最近行われた第一原理計算により, RT2Zn20の構造相転移では, 希土類原子と96gサイトのZn原子からなるカゴに内包された16cサイトのZn原子の低エネルギー振動が重要であることが指摘されていた。しかし, その存在を実験的に明らかにした研究報告はこれまでになかった。そこで, 150 Kで構造相転移を示す同型化合物LaRu2Zn20についてフォノン物性を調べた。非弾性X線散乱実験と比熱測定により, Zn原子の低エネルギー振動モードが 3 meVに存在することを見出した。この振動モードは, 構造相転移を示さないPrIr2Zn20やYRu2Zn20では高エネルギー側へシフトすることから, 構造相転移に寄与している可能性が高い。また, PrOs2Zn20の結晶場基底状態に関する情報を得るため, 同型構造をとる4f3配位のNdOs2Zn20を作製した。比熱と磁化を測定し, 平均場計算を行うことでNdサイトの結晶場準位を同定した。Ndの系で得られた結晶場パラメータを用いることにより, PrOs2Zn20のT>Tsでの結晶場基底状態は非磁性二重項であることがわかった。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2016 2015

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Effect of Ga substitution on the Γ3 doublet ground state in PrIr2Zn202016

    • Author(s)
      T. Onimaru, K. Uenishi, Y. Yamane, K. Wakiya, K. T. Matsumoto, K. Umeo and T. Takabatake
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 683 Pages: 012011, 1-7

    • DOI

      10.1088/1742-6596/683/1/012011

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Low-energy optical phonon modes in the caged compound LaRu2Zn202016

    • Author(s)
      K. Wakiya, T. Onimaru, S. Tsutsui, T. Hasegawa, K. T. Matsumoto, N. Nagasawa, A. Q. R. Baron, N. Ogita, M. Udagawa, T. Takabatake
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 93 Pages: 064105, 1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.064105

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of La substitution in PrIr2Zn20 on the superconductivity and antiferro-quadrupole order2015

    • Author(s)
      K. T. Matsumoto, T. Onimaru, K. Wakiya, K. Umeo, and T. Takabatake
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 84 Pages: 063703, 1-4

    • DOI

      10.7566/JPSJ.84.063703

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Ferromagnetic transition in a caged compound NdOs2Zn202015

    • Author(s)
      K. Wakiya, K. T. Matsumoto, T. Onimaru, K. Umeo, and T. Takabatake
    • Journal Title

      Physics Procedia

      Volume: 75 Pages: 511-515

    • DOI

      10.1016/j.phpro.2015.12.064

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] カゴ状化合物Pr1-xLaxOs2Zn20 (x≦0.2)の構造相転移と超伝導2016

    • Author(s)
      脇舎和平, 松本圭介, 上西和登, 山口智弘, 山根悠, 鬼丸孝博, 梅尾和則, 高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学泉キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-22
  • [Presentation] 非弾性X線散乱によるPrT2Zn20 (T=Rh, Ir)のフォノン分散測定2015

    • Author(s)
      脇舎和平, 鬼丸孝博, 筒井智嗣, 松本圭介, 長澤直裕, 上西和登, 山口智弘, 山根悠, 高畠敏郎, Alfred Q. R. Baron, 長谷川巧, 荻田典男, 宇田川眞行
    • Organizer
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学千里山キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-18
  • [Presentation] Inelastic x-ray scattering study of phonon dispersions in caged compounds RT2Zn20 (R: rare earth, T: transition metal)2015

    • Author(s)
      Kazuhei Wakiya, Takahiro Onimaru, Satoshi Tsutsui, Keisuke T. Matsumoto, Naohiro Nagasawa, Toshiro Takabatake, Alfred. Q. R. Baron, Takumi Hasegawa, Norio Ogita, and Masayuki Udagawa
    • Organizer
      15th International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter, (Phonons 2015)
    • Place of Presentation
      Nottingham, UK
    • Year and Date
      2015-07-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Magnetic, transport, and structural properties of caged compounds ROs2Zn20 (R=La-Nd)2015

    • Author(s)
      Kazuhei Wakiya, Keisuke T. Matsumoto, Naohiro Nagasawa, Takahiro Onimaru, Kazunori Umeo, Toshiro Takabatake
    • Organizer
      20th International Conference on Magnetism (ICM2015)
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2015-07-07
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-12-27  

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