2018 Fiscal Year Annual Research Report
強相関電子系準結晶に特有の電子状態と価数・磁気臨界状態の研究
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18H01174
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
出口 和彦 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (40397584)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 低温物性 / 金属物性 / スピンエレクトロニクス / 物性実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Tsai型クラスター構造をもつ準結晶・近似結晶を出発点として「準結晶における磁気秩序・量子臨界現象・超伝導はどのようなものか」そして「準結晶の特殊な原子配置の規則と関係した準周期系特有の電子状態“臨界状態"とどのように関係しているのか」について強相関電子系のf電子の価数・磁性の状態からを調べることにより研究を進めている。
（１）(Au,Cu)-(Al,Ga)-Yb準結晶・近似結晶の置換効果(化学圧力) によるYbの価数・磁性の研究
Au-Al-Yb準結晶(量子臨界物質)・近似結晶についてYbの価数が敏感に変化する位置に存在し、広範囲の化学圧力で価数・磁性が制御可能であるため、Au(Al)をCu(Ga)に部分置換した(Au,Cu)-Al-Yb、Au-(Al,Ga)-Yb準結晶・近似結晶でe/a (１原子当たりの遍歴電子数、価電子濃度)を一定に保ち、Yb原子の配位原子の平均原子半径を置換により変化させる化学圧力効果の実験を行った。その結果、圧力効果に加えて、置換効果(化学圧力)に対しても準結晶は「硬い」量子臨界物質であり、対照的に近似結晶は圧力に「敏感な」重い電子系の近似結晶であることが明らかになった。また、希土類Ceを含むTsai型クラスター構造をもつ近似結晶でも近藤・価数揺動系の性質を示すものを発見し、f電子の価数・磁性の状態から電子状態を調べる研究を進めた。
（２）Au-Al-Yb準結晶の量子臨界現象の研究
価数・磁気揺らぎとの関係をより深く追及するため、佐藤卓教授(東北大学：中性子散乱実験)のグループと共同で中性子非弾性散乱の実験、石田憲二教授(京都大学：NMR実験)のグループと共同でμSRの実験を押し進め、準結晶結晶の量子臨界状態について構造が内包するフラクタル性を反映した電子状態が原因になっている可能性が見えてきた。
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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
（１）(Au,Cu)-(Al,Ga)-Yb準結晶・近似結晶の置換効果(化学圧力) によるYbの価数・磁性の研究
低温物性測定実験に使用していた冷凍機に不測の故障が生じたため、当装置の修理・調整が必要となり 、置換系（化学圧力）の低温物性測定実験の再開までに合計11ヶ月間を要した。その間に物質開発を進め、Au(Al)をCu(Ga)に部分置換した(Au,Cu)-Al-Yb、Au-(Al,Ga)-Yb準結晶・近似結晶を用いて置換により変化させる化学圧力効果を調べ、準結晶と近似結晶の対照実験(極低温の電気抵抗・磁化率・比熱測定)を行い、圧力効果に加えて、置換効果(化学圧力)に対しても準結晶は「硬い」量子臨界物質であり、対照的に近似結晶は圧力に「敏感な」重い電子系の近似結晶であることが明らかににすることに成功した。その結果、非従来型の量子臨界現象を示すAu-Al-Yb準結晶はYb原子の「価数・磁気ゆらぎ」が関係していると考えられ、Au-Al-Yb近似結晶と類似の量子臨界現象を示す結晶の重い電子系物質との共通問題「非従来型の量子臨界現象の起源」と「準結晶の量子臨界現象との違い」について６次元結晶に属する３次元準結晶・近似結晶に観点から解決の糸口得られた。また、希土類Ceを含むTsai型クラスター構造をもつ近似結晶でも近藤・価数揺動系の性質を示すものを発見し、f電子の価数・磁性の状態から電子状態を調べる研究を進めることができた。
（２）Au-Al-Yb準結晶の量子臨界現象の研究
佐藤卓教授(東北大学：中性子散乱実験)のグループと共同で中性子非弾性散乱の実験、石田憲二教授(京都大学：NMR実験)のグループと共同でμSRの実験を押し進め、順調に進んでいる。小林寿夫教授(兵庫県立大学：放射光メスバウアー分光測定) のグループと共同でメスバウアー分光測定も現在進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）Au-Al-Yb, Au-Ga-Yb準結晶・近似結晶の置換効果(電子ドープ)によるYbの価数・磁性の研究
置換効果(化学圧力)とは別方向の実験としてAu-Al-Yb、Au-Ga-Yb準結晶・近似結晶に対してYb原子の配位原子の平均原子半径はほぼ一定に保ち、配位原子Au(+1)とAl(+3)、Au(+1)とGa(+3)の組成比を変化させることによりe/a (１原子当たりの遍歴電子数、価電子濃度)を制御し、電子ドープ効果について準結晶と近似結晶の対照実験(極低温の電気抵抗・磁化率・比熱測定)を行い、準結晶に特有の物性を価数・磁性(臨界状態)に着目して調べる。 (Au,Al)-Yb、(Au,Ga)-Yb準結晶・近似結晶はすでに試料作成に着手しており、Ybの平均価数と６次元格子定数の関係は予備実験でわかっている。この系は電子ドープで価数・磁性が制御可能であり、極低温物性測定により、準結晶特有の量子臨界現象・超伝導の研究を押し進めることができると考えられる。
（２）局在 f 電子に着目したAu-Al-Yb準結晶・近似結晶の磁性の研究
並進対称性が準周期である準結晶の結晶場については未だ明らかになっていない。Ybの価数が３価に近づくと局在スピン系の性質を示すことから、Au-Al-Yb準結晶・近似結晶の結晶場を観測する実験を佐藤卓教授(東北大学多元物質科学研究所：中性子散乱実験)のグループと共同で進める。また、磁性の起源であるYbを非磁性のLu, Yで置換して希釈することにより相互作用を切断し、単サイトの効果として結晶場を調べる。同時に「準結晶に特有の電子状態」と関係した量子臨界現象・磁性を調べるために相互作用を切って、Au-Al-Yb準結晶の基底状態として電子状態の「協力現象」について調べる。
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[Presentation] Pressure and temperature evolution of Sm mean-valence in golden SmS2019
Author(s)
K. Imura, Y. Suzuki, N. Kawade, K. Sakamoto, K. Deguchi, H. Yamaoka, Y. Yamamoto, J. Mizuki, N. Hiraoka, H. Ishii, H. S. Suzuki, N. K. Sato
Organizer
The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2019)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Au-Al-Yb 準結晶における元素置換効果2018
Author(s)
出口和彦, 岡本稔彦, 平野由真, 米山祐樹, 廣川慎之介, 井村敬一郎, 佐藤憲昭,石政勉, 山本義哉, 川井拓真, 水木純一郎, 山岡人志, 平岡望, 石井啓文
Organizer
第２３回準結晶研究会
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[Presentation] Au-Ga-Yb準結晶・近似結晶の磁性と電子状態2018
Author(s)
出口和彦, 廣川慎之介, 米山祐樹, 横田晋次郎, 坂本和司、井村敬一郎, 佐藤憲昭, 豊永詞, 石政勉, 山本義哉, 川井拓真, 水木純一郎, 山岡人志, 平岡望, 石井啓文
Organizer
第２２回準結晶研究会
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[Presentation] Yb系準結晶における共鳴X線発光分光2018
Author(s)
井村敬一郎, 横田晋次郞, 坂本和司, 難波慶介, 廣川慎之介, 出口和彦, 佐藤憲昭, 山岡人志, 山本義哉, 川井拓真, 水木純一郎, 平岡望, 石井啓文
Organizer
第２２回準結晶研究会
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[Presentation] 準結晶Au-Al-Ybのミュオンスピン回転/緩和2018
Author(s)
石田憲二, 北川俊作, 服部泰佑, 山中隆義, 幸田章宏, 髭本亘, 門野良典, 米山祐樹, 廣川慎之介, 出口和彦, 佐藤憲昭
Organizer
日本物理学会
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[Presentation] Au-Ga-Yb準結晶・近似結晶における共鳴X線発光分光2018
Author(s)
井村敬一郎, 坂本和司, 横田晋次郞, 廣川慎之介, 出口和彦, 山岡人志, 川井拓真, 山本義哉, 水木純一郎, 平岡望, 石井啓文, 佐藤憲昭
Organizer
日本物理学会
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