2017 Fiscal Year Research-status Report

価数揺動準結晶の開拓

Research Project

Project/Area Number	15K05193
Research Institution	National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
Principal Investigator	綿貫徹国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子ビーム科学研究部門, 次長(定常) (30343932)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords	価数揺動 / 準結晶 / X線吸収分光 / 高圧
Outline of Annual Research Achievements	我々は、価数揺動準結晶という新奇な系の創出・探索を行ってきた。これまで、希土類元素のYbを含む準結晶合金において、2価と3価との中間価数状態のYbが準周期配列するという系を実現し、非フェルミ液体的振舞いなど特異な現象を見出してきた。本研究では、新たにEu系の価数揺動準結晶および近似結晶（準結晶と局所構造は同一だが、周期構造を持つ物質）の創出・探索を、更なるYb系の新規価数揺動系の創出・探索とともに行っている。初年度および次年度と価数揺動状態のEu系準結晶・近似結晶の探索を行った。Yb系で価数揺動状態となる系についてYbをEuに置換する方法を試みたが、期待通りに価数揺動系を形成することはできなかった。また、Yb系準結晶・近似結晶で行ったように高圧力によって価数揺動状態を形成する方法をEu系にも適用したが、ここでも期待通りの圧力効果は得られなかった。一方で、Eu系の価数計測のために整備した技術により、微量試料からでもX線吸収分光測定による価数評価が可能となり、その結果、Au-Sn-Yb準結晶が価数揺動状態であることを新たに発見した。３年目の本年度は、新たに発見したYb系価数揺動状態準結晶など、Yb系の理解にターゲットを絞りなおすこととした。Au-Sn-Yb準結晶の価数は2.18価であり、価数を温度範囲5 K-300 Kにおいて計測した結果、ほぼ温度依存性がないことが明らかとなった。これは、Au-Al-Yb準結晶で顕著な温度依存性が現れるのと対照的であり、Au-Al-Yb準結晶が量子臨界点直上に位置するのに対して、Au-Sn-Yb準結晶は量子臨界点から離れたフェルミ液体的な領域に位置することが示唆された。また、Au-Al-Yb準結晶でもYb価数の温度磁場依存性を詳細に測定し、量子臨界現象の価数揺らぎと考えられる価数異常を観測することに成功した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初年度および次年度と価数揺動状態のEu系準結晶・近似結晶の探索を行ったが、用意していた元素置換の方法と高圧力を用いる方法のどちらにおいても期待通りの結果が得られなかった。一方で、Eu系の価数計測のために整備したX線吸収分光測定技術により、Yb系では予想以上の発見があった。３年目の本年度は、予想以上の結果が出たYb系準結晶に目標を絞りなおして研究を進めた。その結果、常圧で価数揺動状態となる準結晶を２例用意することができるようになり、両者を対比させて研究を進める道が拡がった。新たに価数揺動系であることを見出したAu-Sn-Yb準結晶と従来見出していたAu-Al-Yb準結晶について、Yb価数の温度依存性に着目することにより、価数揺動準結晶において、量子臨界点からの距離に応じたふるまいの違いを観測できるに至った。更に、Au-Al-Yb準結晶の方も深堀を行い、量子臨界現象の価数揺らぎと考えられる価数異常を観測するという大きな成果に繋がった。当初予定とは異なる方向であるが、当初予定の技術開発により新たな進捗が見られており、総合的には順調に進展していると判断される。
Strategy for Future Research Activity	初年度および次年度の進捗を鑑みて３年目に方針を変更したため、３年目において予定外の結果を得るに至った。期間延長を行った最終年度の今年度は、３年目で得られた結果の考察を重点的に行い、その成果発表に力を入れる。特に、Au-Al-Yb準結晶における量子臨界現象の価数揺らぎと考えられる価数異常を観測は重大な結果であり、最近の理論研究と合わせるとより高度な結論を導き出せることが予想されるため、十分な考察を加えてうえで成果発表を行なう予定である。
Causes of Carryover	補助事業期間中に得られた実験結果を最近の理論研究と合わせるとより高度な結論を導き出せることが最近明らかとなった。その結論に関わる論文の準備および投稿、関係する学会への参加のため延長が必要となったため、期間延長を行いそれに関わる使用額が生じた。使用予定は、論文の準備および投稿、関係する学会への参加である。