2016 Fiscal Year Research-status Report
超低温測定によるf電子系化合物の量子臨界現象の研究
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16K17743
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
杉井 かおり 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (40749404)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 低温物性 / 物性実験 / 重い電子系化合物 / 量子臨界点 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
絶対零度における相転移点である「量子臨界点(QCP)」近傍では、量子ゆらぎの発達による異常物性が観測されている。とりわけf電子を含む希土類化合物では、f電子の多自由度によってQCP近傍で複雑な電子相図の実現が期待される。しかし、f電子系はエネルギースケールが非常に小さいため、その相図を理解するには希釈冷凍機温度までの測定では不十分であった。そこで本研究は、1 mKという超低温で磁化測定と量子振動測定が可能なシステムを開発し、それを用いてf電子系化合物のQCP近傍における異常な電子状態を解明することを目的とする。磁場下QCP近傍の相図やQCPの性質をフェルミ面の観点から解明することができれば、強相関電子系の量子臨界性に関する研究を大きく発展させることができる。
CeCoIn5はf電子系物質の中でもとりわけ良く研究されている物質であるが、QCP近傍の電子状態は未解明である。CeCoIn5は2.3 K以下で超伝導相へ相転移し、[001]方向の臨界磁場Hc2~5 Tで超伝導が壊れフェルミ液体相へ転移する。このHc2の近傍においてQCPが存在していると言われている。これまでの量子振動測定から、Hc2に向かって有効質量が増大する可能性が指摘されているが、Hc2が低いためにHc2近傍における量子振動は観測されていない。また、CeCoIn5の超伝導転移はHc2近傍において1次相転移であることが実験により明らかとなっている。よってHc2近傍に2次相転移が存在する可能性が考えられるが、希釈冷凍機温度までの測定では磁気秩序相は観測されていない。よって、Hc2近傍においてどのように電子状態が変化するかを明らかにするために、超低温において磁気トルクによるdHvA振動測定を行った。その結果、超低温領域においてなんらかの相転移によるdHvA振動の振動数のとびが観測された。
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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
まず、超低温でもなるべく発熱のすくない測定手法であるキャパシタンス法によって試料の磁気トルク測定を行い、磁化の量子振動であるドハース・ファンアルフェン(dHvA)振動を観測することを試みた。この方法は試料の磁気トルクのわずかな変化をキャパシタンスの変化として読み取ることができ、試料に電流が流れないため発熱が小さいという利点がある。この手法を用いることで、CeCoIn5のdHvA振動を10 mKの超低温まで観測した。磁場は[001]方向に10 Tまで印加したところ、CeCoIn5の超伝導相の外側の領域で量子振動を観測し、約20 mKにおいて量子振動の振動数が不連続に飛ぶことを見出した。この挙動は、何らかの秩序相への転移によるものと考えられる。この相転移は[001]方向では今まで観測されていない反強磁性転移の可能性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
CeCoIn5では磁場を伝導面内に印加したとき、Q-phaseと呼ばれる磁性相があることが知られている。この磁性相について調べるために、この磁場方向においても量子振動測定を行い有効質量や振動数の変化を調べる。また、CeCoIn5での測定手法を用いて、YbRh2Si2においても超低温領域で量子振動測定を行う。振動振幅の温度による減衰から有効質量の磁場依存性を求め有効質量が発散的に増大するかを調べる。
さらに、高感度磁化測定機構を開発する。磁場勾配をつけるためのコイルを自作し、超伝導マグネットの内側に設置する。電極バネのついたキャパシタンスに試料を乗せ、磁場勾配中で試料にかかる力をキャパシタンスの変化として測定する。キャパシタンスの変化量から、磁化の大きさを精密に測定することが可能である。CeCoIn5の磁化の温度変化を測定することで、超低温における磁気秩序相の性質を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
年度途中に新たに国立大学改革強化推進補助金に採択され、研究費を得たため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
測定用PCの購入や国際学会での発表費用に充てる。
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Research Products
(16 results)
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[Presentation] カイラル反強磁性体Mn3Snの局所磁化測定2017
Author(s)
向笠清隆, 下澤雅明, 鈴木喜貴, 山下穣, Muhammad Ikhras, 冨田崇弘, 肥後友也, 中辻知, Marcin Konczykowski, 松田祐司, 松浦康平, 水上雄太, 芝内孝禎, 近藤潤, 杉井かおり, 中村壮智, 勝本信吾
Organizer
第72回日本物理学会年次大会
Place of Presentation
大阪大学、大阪府豊中市
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] Sr2RuO4の面並行磁場下での磁気トルク2017
Author(s)
菊川直樹, 寺嶋太一, 宇治進也, 杉井かおり, 前野悦輝, David Graf, Ryan Baumbach, James Brooks
Organizer
第72回日本物理学会年次大会
Place of Presentation
大阪大学、大阪府豊中市
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] Anomalous thermal and magnetic properties of the chiral antiferromagnet Mn3Sn2017
Author(s)
M. Shimozawa, K. Sugii, Y. Imai, J. Kondo, Y. Suzuki, M. Yamashita, T. Nakamura, S. Katsumoto, M. Ikhras, T. Higo, T. Tomita, N. Kiyohara, S. Nakatsuji, M. Konczykowski, Y. Matsuda, K. Mukasa, K. Matsuura, Y. Mizukami, T. Shibauchi
Organizer
TPFC2017
Place of Presentation
東京大学、千葉県柏市
Year and Date
2017-02-20 – 2017-02-22
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Quantum spin liquid induced by entangled electron-proton degrees of freedom2017
Author(s)
M. Shimozawa, K. Hashimoto, A. Ueda, Y. Suzuki, K. Sugii, S. Yamada, Y. Imai, R. Kobayashi, K. Itoh, S. Iguchi, M. Naka, S. Ishihara, H. Mori, T. Sasaki, M. Yamashita
Organizer
CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
Place of Presentation
東京大学、東京都文京区
Year and Date
2017-01-18 – 2017-01-20
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[Presentation] Mn3Snの異常熱ホール効果2016
Author(s)
杉井かおり, 今井悠介, 下澤雅明, Muhammad Ikhlas, 清原直樹, 冨田崇弘, 中辻知, 山下穣
Organizer
2016年日本物理学会秋季大会
Place of Presentation
金沢大学、石川県金沢市
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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