2017 Fiscal Year Research-status Report
希土類化合物において密接に関連する価数・磁性・輸送特性の微視的、系統的研究
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16K05457
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
水戸 毅 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 教授 (70335420)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ランタノイド化合物 / NMR / NQR / 価数 / 高圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SmB6 －XAS測定：SmB6が高圧下で示す半導体－磁気秩序転移の近傍における4f電子状態を調べ転移機構を解明するため、X線吸収分光（XAS）測定によって得たSm価数の温度－圧力依存性について考察を深めた。その結果、Ce，Yb化合物とは異なり、SmB6では局在磁性状態の3価から大きくずれて磁気転移が発生することが分かった。また、4f電子には強い価数揺らぎを伴う成分と、低エネルギー電子相関が関わり比較的局在性が強い成分が共存することを明らかにした。こうした二重性は、4f電子を複数持つ電子配置に起因する可能性が高く、希土類系では初めて明確に示された現象である。
－La希釈とNMR測定：Sm間の相互作用を断ち切り半導体的性質の変化を調べるため、SmをLaで希釈した系の核磁気共鳴（NMR）測定を行った。マクロ測定では金属化が指摘されているが、BとLaサイトのNMR測定から、それぞれ半導体と金属的性質が局所的に共存していることを明らかにした。Laで90%置換した試料でも、B-NMR測定で明瞭な半導体的性質が観測されること、この半導体ギャップが4f電子と伝導電子との混成に起因していると考えられることから、SmB6の混成は局所的に形成されることが明らかになった。
YbXCu4（X=Cu,Ag）：YbXCu4における重い電子形成過程を微視的に観測するため、X（4c）とCu（16e）サイトにてNMR測定を行った。両物質とも両サイトで重い電子状態へ移行する振舞いが観測されたが、バルク測定と合致する特性温度を示すのは4cサイトであり、混成は4cサイト由来の伝導電子との間で形成されると結論できた。
その他、SmB6では約10GPaの超高圧下でのNMR測定に成功し、ウラン化合物URu2Si2では、Si-NMR測定により強い局在状態（高温）と遍歴的状態（低温）の移行について詳しく調べた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
SmB6について、XAS測定によって得られたSm価数の温度－圧力依存性についてさらに考察が進み、明確な結果（価数揺らぎに関する二重性と4f5-4f6多電子配置に起因した特性の観測）が得られた。また、SmをLaによって希釈した系のNMR測定も系統的測定をほぼ完了させた。これらの結果は、強相関電子系の国際会議SECS2017にて報告し、前者は平成30年4月にPhysical Review B誌 Rapid Communicationsに受理された。La希釈系の結果については論文報告の準備中である。高圧下NMR測定については、超高圧下10.3GPaでの測定に成功したが、圧力誘起磁気秩序が発生する低温領域でもスペクトルやT2緩和時間に殆ど変化が観測されず、現在その原因を考察している。
当初30年度に予定していたCeB6のB-核四重極共鳴（NQR）測定に初めて成功した。共鳴周波数が1MHzを大きく下回り、強相関電子系のNQRとしても他に例のない超低周波帯域での測定である。この物質が示す電気四極子転移が共鳴周波数の異常として確認された。今後、考察や追加測定を行い、ゼロ磁場下での秩序状態について微視的情報が得られるものと期待される。
YbXCu4（X=Cu,Ag,In）について、4eと16eサイトでの系統的なNMR測定をほぼ完了させた。これらの物質が低温下で示す4f電子の非局在化による局所電荷分布変化を特定することができ、現在論文報告の準備中である。
当初測定の進展を予定していたSmSのS-NMR測定については、測定を担当していた構成員の異動により、一時的に停止せざるを得なくなった。
関連物質であるURu2Si2のf電子の局在－非局在変化について詳細を調べ、Physical Review B誌に論文発表を行った。
Eu系物質については、マンパワーの不足から測定を進展させられなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で得られた実験研究成果をもとに、理論家とも協力して考察を深め、まずは論文報告としてまとめる。１．SmB6におけるLa希釈効果のNMR測定によって、半導体－金属的性質の共存と局所的混成の形成が明らかになった。２．YbXCu4（X=Cu,Ag,In）の4cと16eサイトにおけるNMR測定によって、低温下の非局在化に伴う局所電荷分布の再構成について情報が得られた。３．EuPd2Si2が温度変化に対して示すEu2+－Eu3+間の価数転移をPd-NQR周波数の測定によって検出した。NQR周波数は局所電荷分布を反映した物理量であることから、価数転移による電荷再分布について情報が得られる。４．関連物質の正方晶URu2Si2においてRu-NMR測定を行った結果、4回回転軸であるc軸周りに線幅の異常な角度依存性が観測された。この現象はこれまでに報告されているSi-NMR線幅の異常（Kambe et al., Phys. Rev. Let. 110, 246406 (2013).）と酷似しているが、これまでの測定から磁気的ではなく電気的相互作用を介して生じていることが明らかになった。また、この物質が示す機構が未解明な相転移温度（17.5K）では顕著な変化が観測されないため、この相転移とは直接関係ないものと思われる。
その他、可能な限り新たな実験を進める。YbPdは125Kと105KでYb価数と構造の変化を伴う相転移を示すが、既に4~200Kまでの領域でPd-NMR信号の観測に成功している。しかし、125K以下では信号が微弱で詳細な議論ができないため、東北大学金属材料研究所の24T超伝導磁石を用いて精度の高い測定を行う。CeB6の弱磁場下B-NMR測定に挑戦する。過去の報告では、約0.1Tを境にドメイン構造に変化があると予想されるが、秩序因子の変化についても考察する。
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| Causes of Carryover |
当該年度に温度制御器が故障し、年度内に修理費を支払う予定であったが、修理期間が延びて年度を越してしまったため。
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