2019 Fiscal Year Annual Research Report
Two-channel Kondo effect in diluted rare-earth systems
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18H01182
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Research Institution | Hiroshima University |
Principal Investigator |
鬼丸 孝博 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (50444708)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩佐 和晃 茨城大学, フロンティア応用原子科学研究センター, 教授 (00275009)
藤 秀樹 神戸大学, 理学研究科, 教授 (60295467)
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Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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Keywords | 電気四極子 / 2チャンネル近藤効果 / 中性子散乱 / 核磁気共鳴 |
Outline of Annual Research Achievements |
われわれは,4f2配位のPrイオンが非磁性基底二重項をとる立方晶PrIr2Zn20において,電気四極子に起因する非フェルミ液体的挙動を見出し,2チャンネル近藤格子形成の可能性を指摘した。Prイオンを希薄に含む系Y(Pr)Ir2Zn20の純良単結晶を作製し,極低温0.1 Kまでの電気抵抗率と比熱が非フェルミ液体的挙動を示し,単サイトの四極子近藤効果の理論モデルによる予測と符合することを明らかにした。今年度は,上記のPr希薄系Y(Pr)Ir2Zn20の磁化を0.1 Kまでの極低温領域で測定し,磁場中で-logTの温度依存性を示すことを明らかにした。また,北海道大学柳澤氏との共同研究により弾性定数を測定し,四極子感受率のlogT依存性を観測した。これらの特異な温度依存性は,単サイト2チャンネル近藤効果による予測と一致する。一方,アウクスブルグ大学にて熱膨張・磁歪を測定し,体積熱膨張係数が低温に向かって発散的な温度依存性を示すことを明らかにした。また,関連物質であるPrNb2Al20のNb-NMR実験から,非磁性二重項の磁気励起について,磁場中では結晶場第2励起状態の磁場誘起モーメントが重要であることを提案した。さらに,4f3配位の反強磁性体NdCo2Zn20のCo-NMR実験より,低温の基底状態ならびに磁場中でのスピン-格子緩和時間の温度依存性の異常を見出した。また,関連物質として近藤半金属とされるCe3Ir4Sn13と超伝導体La3Ir4Sn13に着目し,単結晶試料を用いた放射光X線回折より約600 K以下のカイラル構造を明らかにした。このうちCe3Ir4Sn13は2 Kで新たな結晶構造相に相転移し,さらに0.6 K以下で微小な振幅の反強磁気秩序を中性子回折で明らかにした。新物質である立方晶PrMgNi4とPrNi2Mg20が非磁性基底二重項をとることを提案した。
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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
希薄系の2チャンネル近藤効果に関する現在までの研究は順調に進展している。進捗状況については,以下の通りである。 (1) Pr希薄系Y(Pr)Ir2Zn20の単結晶を用いた磁化と弾性定数の測定により,四極子感受率がlogTに従うことを明らかにした。これらの異常な温度依存性は,単サイトの2チャンネル近藤効果の理論モデルによる予測と符合する。一方,体積熱膨張率が低温に向かって発散的に振る舞うことは,単サイトの局在描像のみでは説明できない。また,同型構造のPrNb2Al20のNb-NMR実験から,磁場中で結晶場第2励起状態の磁場誘起モーメントの寄与があることを明らかにした。(2) 4f3配位の反強磁性体NdT2Zn20 (T=Co, Rh, Ir)の非弾性中性子散乱実験より,磁気的な二重項が基底状態であることを同定した。また,T=CoにおけるCo-NMRスペクトルは15 K以下で異常な線幅の拡がりを示し,緩和率も異常を示した。単結晶においても59Co-NMR信号の検出成功し,多結晶試料で見られたスペクトル異常が観測される温度でスペクトルシフトに異常が見られた。一方で,多結晶の場合と異なりスペクトル幅の増大は検出されず、磁場誘起の電気的な秩序を示唆する。(3) 近藤効果や多極子相転移を示す希土類元素を含む三元化合物における強相関電子がカイラル対称のもとで示す新しい現象を調べるために,Ce3T4Sn13 (T = Co, Rh, Ir)を用いて系統的に研究した。La3T4Sn13のカイラル対称結晶構造における超伝導状態が明らかになり,超伝導パリティについて議論できる新たな物質群として研究が進んでいる。(4) 新物質である立方晶PrNi2Mg20とPrMgNi4の比熱の温度依存性より,結晶場基底状態は非磁性基底二重項であることを提案した。
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Strategy for Future Research Activity |
希薄系の2チャンネル近藤効果に関する実験的な確証を得ることを目指して,今後は下記の計画に沿って研究を推進する。(1) 非磁性基底二重項をとるPr希薄系Y(Pr)Ir2Zn20の単結晶を用いて,四極子感受率に対応する弾性定数と磁化率の温度変化のPr組成依存性を調べる。単サイトの効果と四極子相互作用による寄与を抽出し,4f2電子の四極子が非フェルミ液体的挙動にどのように関与しているのか明らかにする。 (2) 同型構造のPr希薄系La(Pr)Ti2Al20とLa(Pr)V2Al20の単結晶を作製し,四極子秩序と超伝導,非フェルミ液体的挙動の相関を明らかにする。(3) 同型構造の4f3配位をとるNdCo2Zn20のNd希薄系の比熱と電気抵抗率の温度変化の組成依存性について調べる。Pr希薄系との比較を通して,サイト間の相互作用や2チャンネル近藤効果による寄与を捉える。また,NdCo2Zn20や比較物質Y0.8Nd0.2Co2Zn20のCo-NMRを行う。Y-NMR信号の探索も行う。NdCo2Zn20で観測された磁場誘起のNMRスペクトルの異常が希薄系でも確認できるかを調べる。この磁場誘起のスペクトル異常が結晶場と近藤効果に関与したものであるのか,Co-NMRスペクトルおよびスピン-格子緩和率を比較して明らかにする。(4) Ce3Ir4Sn13の微弱な反強磁気秩序はカイラル構造での反強磁気量子臨界点近傍の電子状態を期待させるので、中性子非弾性散乱による動的スピン相関を観測して詳細な磁気的性質を明らかにする。またLa3Ir4Sn13の超伝導がカイラル対称相で起きるという結果から期待される奇パリティクーパー対の可能性をμSR, NMR等を用いて検証する。(5) 立方晶PrNi2Mg20とPrMgNi4の低温物性を測定し,四極子に起因した物性が現れるか調べる。
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[Presentation] 超重電子系化合物YbCo2Zn20におけるCoサイトへのNi置換効果2020
Author(s)
志村恭通, 西原壱政, 北澤崇文, 津田研, Sebastian Bachas, Yoshifumi Tokiwa, Philip Gegenwart, 山本理香子, 山根悠, 梅尾和則, 鬼丸孝博, 高畠敏郎, 廣瀬陽代, 菊川直樹, 寺島太一, 宇治進也
Organizer
日本物理学会2020年第75回年次大会
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[Presentation] 『悪魔の階段』を示す反強磁性体CeSbにおけるvibronicモードの対称性決定:ARPESおよびラマン分光2020
Author(s)
新井陽介, 黒田健太, 櫻木俊輔, Z. H. Tin, W. Zhang, 岩佐和晃, 芳賀芳範, 鈴木博之, 北澤英明, 辛埴, 宮坂茂樹, 田島節子, 近藤猛
Organizer
日本物理学会 第75回年次大会
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[Presentation] 近藤半金属物質Ce3Ir4Sn13における逐次相転移2020
Author(s)
中里晟也, 岩佐和晃, 橋本大輔, 塩澤真未, 桑原慶太郎, 中尾裕則, 佐賀山基, 石角元志, 大原高志, 中尾朗子, 宗像孝司, 鬼柳亮嗣, F. Damay, J.-M. Mignot
Organizer
日本物理学会 第75回年次大会
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[Presentation] Breakdown of Super-Heavy Fermi Liquid in YbCo2Zn20 by Ni substitution2019
Author(s)
Yasuyuki Shimura, Takafumi Kitazawa, Suguru Tsuda, Philip Gegenwart, Sebastian Bachas, Yu Yamane, Kazunoro Umeo, Takahiro Onimaru, Toshiro Takabatake, Haruyo Hirose, Naoki Kikugawa, Taichi Terashima, Shinya Uji
Organizer
The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2019)
Int'l Joint Research
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[Presentation] クラマースΓ6二重項基底状態をとるNdCo2Zn20のCo-NMRによる微視的研究2019
Author(s)
藤秀樹, 西澤伊織, 木村祐介, 真砂全宏, 小手川恒, 山本理香子, 鬼丸孝博, 山根悠, 志村恭通, 梅尾和則, 高畠敏郎
Organizer
日本物理学会2019年秋季大会
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[Presentation] クロミック物質CoMoO4の磁性2019
Author(s)
浅野貴行, 横山太紀, 稲垣裕次, 河江達也, 神戸高志, 鳴海康雄, 萩原政幸, 岩佐和晃, 星川晃範, 松川健, 石垣徹, 菊池彦光
Organizer
日本物理学会2019年秋季大会
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[Presentation] CeSbのレーザーARPESスペクトルにおけるキンク構造2019
Author(s)
新井陽介, 黒田健太, 櫻木俊輔, 國定聡, 岩佐和晃, 芳賀芳範, 鄭子豪, 宮坂茂樹, 田島節子, 北澤英明, 辛埴, 鈴木博之, 近藤猛
Organizer
日本物理学会2019年秋季大会
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[Presentation] 半金属物質Ce3Ru4Sn13における一次元反強磁性2019
Author(s)
岩佐和晃, 狩野遼河, 宮川貫伍, 中里晟也, 橋本大輔, 塩澤真未, 桑原慶太郎, 石角元志, 佐賀山基, 河村聖子, 菊地龍弥, 中島健次
Organizer
日本物理学会2019年秋季大会
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[Presentation] Semimetal and Superconductivity in Chiral-structure Phase of R3T4Sn13 (R = Ce, La and T = Co, Rh, Ir)2019
Author(s)
K. IWASA, Y. OTOMO, K. SUYAMA, R. KARINO, K. MIYAKAWA, S. NAKAZATO, D. HASHIMOTO, M. SHIOZAWA, K. KUWAHARA, M. ISHIKADO, H. SAGAYAMA, H. NAKAO, S. OHIRA-KAWAMURA, T. KIKUCHI, K. NAKAJIMA, T. OHHARA, A. NAKAO, K. MUNAKATA, R. KIYANAG, J.-M. MIGNOT, F. DAMAY, A. GUKASOV
Organizer
Materials Research Meeting 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] Magnetic and structural study on semimetal Ce3Ru4Sn13 synthesized using a molten Sn-flux method2019
Author(s)
K. Iwasa, R. Karino, K. Miyakawa, D. Hashimoto, M. Shiozawa, S. Nakazato, K. Kuwahara, M. Ishikado, H. Sagayama, S. Ohira-Kawamura, T. Kikuchi, and K. Nakajima
Organizer
The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Successive phase transitions in R3Ir4Sn13 (R: La and Ce) investigated using neutron and x-ray diffraction2019
Author(s)
S. Nakazato, K. Iwasa, D. Hashimoto, M. Shiozawa, K. Kuwahara, H. Nakao, H. Sagayama, M. Ishikado, T. Ohhara, A. Nakao, K. Munakata, and R. Kiyanagi
Organizer
The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] PrT2Al20 (T=Nb,Ta) における超微細結合の27Al-および93Nb-NMRによる研究2019
Author(s)
久保徹郎, 藤秀樹, 三宅遼磨, 松野治貴, 小手川恒, 播磨尚朝, 東中隆二, 中間章浩, 青木勇二, 佐藤英行, 井原慶彦, 後藤貴行, 平田倫啓, 佐々木孝彦
Organizer
日本物理学会 2019年秋季大会
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[Presentation] クラマースΓ6二重項基底状態をとるNdCo2Zn20のCo-NMRによる微視的研究2019
Author(s)
藤秀樹, 西澤伊織, 木村祐介, 真砂全宏, 小手川恒, 山本理香子, 鬼丸孝博, 山根悠, 志村恭通, 梅尾和則, 高畠敏郎
Organizer
日本物理学会 2019年秋季大会
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