2018 Fiscal Year Research-status Report
Study of electronic structure in heavy fermion Ce compounds through Compton scattering experiment
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18K03523
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
小泉 昭久 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 准教授 (00244682)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 重い電子 / セリウム化合物 / 放射光 / コンプトン散乱 / 電子運動量密度 / 電子占有数密度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希土類元素を含む金属間化合物には「重い電子」状態を示すものが多く発見されており、強相関電子系の大きな研究分野を形成している。希土類の４f 電子は、高温では局在的であるが、低温において伝導電子との混成を通じて遍歴性を獲得する。このとき、伝導電子の有効質量が、自由電子に比べて非常に大きくなることから重い電子系と呼ばれている。
本研究では、Ce 系重い電子化合物である CeIn3 および CeIn3 を TIn2 (T = Co, Rh) で挟んだ構造をもつ擬二次元系層状物質 CeTIn5 を対象試料として、これらの系が示す「f 電子の遍歴⇔局在」、「磁性⇔非磁性」、「重い電子状態⇔超伝導」の変化に伴う電子構造の移り変わりを明らかにすることを目的とする。
先ず、初年度には、今後の実験結果と比較するうえで、基礎的なデータを与えるものと考えられるCeIn3 を対象試料として、放射光によるコンプトン散乱二次元再構成測定を行った。次に、測定により得られた複数方位のコンプトン・プロファイルを解析することにより、電子運動量密度 や 電子占有数密度（フェルミ面構造を反映）、B(r)関数（波動関数の自己相関）を求めた。これらは、f 電子の局在状態、遍歴状態における各電子状態を観測面に射影したものであり、電子構造について二次元的に視覚化された情報を得ることができる。f 電子の局在状態、遍歴状態における実験結果の比較をおこなうとともに、さらに、遍歴 および 局在 の各モデルに対するバンド計算を行い、理論的な運動量密度や占有数密度を求めて、実験との比較も行った。これらの比較を通して、実験を上手く説明・再現できるような 伝導電子と f 電子の混成の程度を見積り、各電子状態に対するf 電子の寄与を明らかにしたい。
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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
研究課題の全体的構想としては、Ce 系重い電子化合物（CeIn3、CeTIn5 (T = Co, Rh)）が示す「f 電子の遍歴⇔局在」、「磁性⇔非磁性」、「重い電子状態⇔超伝導」の変化に伴う電子構造の移り変わりを明らかにすることを目的としている。
この課題を遂行するために一連の放射光実験を計画しているが、その中で、当該年度には CeIn3を対象試料として、放射光によるコンプトン散乱二次元再構成測定を行った。放射光実験を実施するにあたっては、SPring-8 の2018B期に課題申請を行い、採択を得たのちに実験を実施した。 CeIn3は正方晶 CuAu3型の結晶構造を持ち、電気抵抗測定等によると T*～80 K で、高温の局在状態から遍歴状態へのクロスオーバーを示すものと考えられる。そこで、20 K と 300 K のそれぞれの温度において、試料の[100]軸と[110]軸の間で、等間隔に5方位の高分解能コンプトン・プロファイルを測定し、運動量密度の再構成解析およびLock-Crisp-West法による解析を通して、2次元電子占有数密度を求めた。この解析結果は、4 f 電子の遍歴状態から局在状態への変化を反映しているものと考えられる。また、遍歴 および 局在 の各モデルに対するバンド計算も行い、理論的な電子占有数密度を導出して、実験結果との比較も行った。
当該年度の研究結果は、次年度以降で実施を予定している CeTIn5 (T = Co, Rh)）などの解析結果を考察するうえで、基礎的なデータを提供するものと位置づけられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究課題の遂行においても放射光を用いた実験を行うため、既に、SPring-8の2019A期に対する課題申請を行い、採択を得ている。この実験では、引き続きCeIn3 について、コンプトン散乱の二次元再構成測定を行う予定である。CeIn3は、低温の TN=10 K で反強磁性に転移するが、重い電子を形成したまま反強磁性に転移するのか、あるいは、重い電子は磁性相においては消失するのか、電子占有数密度の観点から検証する。そのために、比較物質として、4f電子を持たない LaIn3 試料についても、同様の測定・解析を行う予定である。
上記の測定は、10 K 以下の低温で行うため、新たな試料用冷凍器をコンプトン散乱測定に導入する必要があるが、既に、測定用の冷凍器台座の作製や動作確認も行っており、2019A期での測定準備は完了している。この冷凍器を利用した測定が成功すれば、研究計画に沿って、CeTIn5 (T = Co, Rh)）の実験研究へと移行する。2019B期の課題申請では、CeRhIn5 を対象試料としたコンプトン散乱実験を申請する予定である。
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Research Products
(3 results)
