2020 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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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 低温物性 / 磁性 / 超伝導 / 準結晶 / 近似結晶 / 量子臨界現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希土類元素の両端に位置するCeやYb、アクチナイド元素のUなどを含む結晶では、重い電子の形成、エキゾチックな磁気秩序や異方的超伝導など多様な秩序状態、価数揺動に伴う興味ある現象・強相関電子物性が観測されている。特に近年、Ybを含む強相関物質の結晶で非従来型の量子臨界現象とそれに関連した磁性・超伝導について精力的に研究が進められてきた。圧力・磁場・元素置換などをパラメタ―とした物性制御が精力的に行われる中、我々はこれまで大前提として考えられていた周期性に着目し、強相関電子系における並進対称性の役割の研究を進めた。
（１）元素置換によりYbの磁性を制御することが可能になった。さらに、高次元の格子定数を用いて、Tsai型クラスター構造をもつYb系準結晶・近似結晶の磁性が整理できることがわかった。この結果はScientific Reportsに掲載され、プレスリリースされた。その後さらに、Ybを含むTsai型のクラスター構造をもつ新しい4元系の準結晶・近似結晶の開発に成功し、Yb系準結晶の非従来型量子臨界現象がAl系以外でも発現することを発見した。
（２）Au-Al-Yb準結晶と近似結晶について、中性子非弾性散乱実験を極低温まで行い、臨界指数・スケーリングから準結晶の量子臨界現象の性質について調べた。その結果、波数Qと温度Tに依存しないE/Tスケーリングが成り立ち、磁化、交流磁化率、比熱の極低温における温度依存性を説明するような臨界指数をもつことが明らかとなった。
（３）高次近似結晶を用いた準結晶の形成機構と擬ギャップの存在の研究も進め、高次のAl-Pd-Cr-Fe、Al-Pd-Mo-Fe 3/2近似結晶とAl-Pd-Mn準結晶の擬ギャップについて光電子分光と電子比熱係数を組み合わせた実験で調べたところ、準結晶よりも3/2近似結晶の方がより深い擬ギャップを持つことが明らかになった。
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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
Ybを含むTsai型のクラスター構造をもつ新しい強相関電子系の準結晶・近似結晶の磁性に着目して、元素置換などをパラメタ―とした物性制御を試みた。その結果、Yb以外の元素置換によりYbの磁性を制御することが可能になり、高次元の格子定数を用いて、Tsai型クラスター構造をもつYb系準結晶・近似結晶の磁性を整理できることがわかった。（この結果はScientific Reportsに掲載され、プレスリリースされた。）その後さらに、Ybを含むTsai型のクラスター構造をもつ新しい4元系の準結晶・近似結晶の開発に成功し、Yb系準結晶の非従来型量子臨界現象がAl系以外でも発現することを発見した。また、Au-Al-Yb系準結晶・近似結晶の中性子非弾性散乱実験を極低温まで行い、臨界指数・スケーリングから準結晶の量子臨界現象の性質について調べた。その結果、波数Qと温度Tに依存しないE/Tスケーリングが成り立ち、磁化、交流磁化率、比熱の極低温における温度依存性を説明するような臨界指数をもつことが明らかとなった。量子臨界現象を理解するための重要な手がかりとなると考えられる。高次近似結晶を用いた準結晶の形成機構と擬ギャップの存在の研究も進め、高次のAl-Pd-Cr-Fe、Al-Pd-Mo-Fe 3/2近似結晶とAl-Pd-Mn準結晶の擬ギャップについて光電子分光と電子比熱係数を組み合わせた実験で調べたところ、準結晶よりも3/2近似結晶の方がより深い擬ギャップを持つことが明らかになった。以上のことからコロナ禍の影響は受けているが、研究計画は進捗していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）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。
（２）強相関電子系(近似)結晶に着目した新奇準結晶の開発
既存の強相関電子系の結晶の構造を調べてみると、２,３次元の準結晶の近似結晶になっているものが多く存在することがわかってきた。準結晶・近似結晶が属する共通の高次元結晶に面白い現象の共通の起源がある可能性を追求するために、近似結晶に対応する準結晶を開発することを試みる。特に超伝導と磁性に着目した新奇準結晶・近似結晶の開発を進め、準結晶と結晶の差異・共通点という観点から超伝導・磁性・量子臨界現象の分析を行い、準結晶特有の物性にアプローチする。
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[Presentation] 強磁性超伝導体UCoGeにおける強磁性ゆらぎと超伝導との関係2021
Author(s)
石田憲二, 松崎聡, 真砂全宏, 服部泰佑, 北川俊作, 平田倫啓, 佐々木孝彦, 出口和彦, 佐藤憲昭, 山村朝雄, 青木大
Organizer
日本物理学会2020年秋季大会
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