カゴ状ナノ空間に発現するラットリングと電子ー格子相互作用の研究

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21340097
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 根本 祐一 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (10303174)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤津 光洋 新潟大学, 自然科学系, 特任助教 (10431876)
• Keywords: 超音波 / ラットリング

Research Abstract

カゴ状物質では電子格子相互作用により,ゲストイオンの非調和振動である熱活性ラットリングや量子トンネリングが出現し,新しい機構の重い電子や秩序状態の可能性が期待される。熱活性ラットリングは超音波分散現象によって観測でき,解析により活性エネルギーEと特性緩和時間τ_0を決定できる。また,低温での量子トンネリングは,弾性定数の低温ソフト化として観測できる。3-20-6系カゴ状化合物Pr_3Pd_<20>Ge_6では10-20Kと20-30Kの2つの温度領域にラットリングに起因する超音波分散を観測した。また,250mKでΓ_3基底の8cサイトにおいて反強四極子秩序を観測し,低温の60mKでΓ5基底の4aサイトの強四極子秩序を観測した。さらに,同型のNd_3Pd_<20>Ge_6においても複数の温度領域で超音波分散を観測するなど,多様な非調和振動が普遍的な性質であることが明らかになってきた。一方,ラットリングが発現しない充填スクッテルダイトPrFe_4P_<12>の未解明秩序相Aと磁場方向[111]で出現する磁場誘起秩序相Bを解明するため超音波実験を行った。ゼロ磁場での明瞭な弾性定数C_<44>および(C_<11>-C_<12>)/2のソフト化を観測し,体積弾性率C_Bのソフト化を発見した。これは,A相では全対称r1型の電気16極子秩序が起きていることを強く示唆している。また,磁場中では全ての弾性定数のソフト化が顕著に増大し,通常の四極子感受率による解析が妥当性をもつことがわかった。解析結果から,磁場で4f電子の局在性が顕在化したΓ_4^<(1)>-Γ_1の擬四重項基底を特定した。さらにA相とB相の境界で,弾性定数(CrC12)/2が発散的にソフト化を示すことを見出した。これは,電気四極子に起因した量子臨界性が出現していることを意味する。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究当初に想定していた3-20-6系カゴ状化合物および充填スクッテルダイトのラットリングの研究は,電荷揺らぎが本質であるため磁場に鈍感であり,ドレスデン強磁場研究所のDr.S.Zherlitsynらとの60Tパルス磁石を用いた強磁場実験へと発展しており国際共同研究が進んでいる。また,同じカゴ状化合物でもラットリングが発現しないPrFe_4P_<12>での未解明の秩序相Aや磁場誘起秩序相Bの研究が進んでいる。このように計画を超えた成果が出ており,評価に値する。

Strategy for Future Research Activity

高精度の超音波実験を行うには2-3ミリ角の高品質の単結晶試料が必須であるが,充填スクッテルダイト化合物は1mm角程度の小さな単結晶育成が限度である。そのため超音波を発振させるトランスデューサーの小型化,薄型加工による高周波化,音響インピーダンスマッチングのための形状補正などが望まれる。そのため同時に挑戦的萌芽研究(課題番号23654116,研究代表:根本祐一)により,特殊加工したトランスデューサーの開発に挑んでいる。これらの成果を協調させることで超音波実験のさらなる進展が期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Dissipation In Non-Kramaers Doublet of PrMg_3 (2012)
  • Author(s): Koji Araki, Terutaka Goto, Keisuke Mitsumoto, Yuichi Nemoto, Mitsuhiro Akatsu, Hiroyuki S.Suzuki, Hiroshi Tanida, Shigeru Takagi, Shadi Yasin, Sergei Zherlitsyn, Joachim Wosnitza
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 80 Pages: 023710 1-4
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.023710
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quadrupole Ordering and Rattling Motion of Clathrate Compound Pr_3Pd_<20>Ge_6 (2012)
  • Author(s): Genki Ano, Mitsuhiro Akatsu, Koji Araki, Kazuo Matsuo, Yoshiaki Tachikawa, Keisuke Mitsumoto, Takashi Yamaguchi, Yuichi Nemoto, Terutaka Goto, Naoya Takeda, Andreas Donni, Hideaki Kitazawa
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 81 Pages: 034710 1-11
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.034710
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quadrupole Effects of Layered Iron Pnictide Superconductor Ba(Fe_<0.9>Co_<0.1>)_2As_2 (2011)
  • Author(s): Terutaka Goto, Ryosuke Kurihara, Koji Araki, Keisuke Mitsiumoto, Mitsuhiro Akatsu, Yuichi Nemoto, Shunichi Tatematsu, Masatoshi Sato
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 80 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1143/JPSJ.80.073702
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quadrupole Effects of Vacancy Orbital in Boron-Doped Silicon (2011)
  • Author(s): Shotaro Baba, Terutaka Goto, Yuta Nagai, Mitsuhiro Akatsu, Hajime Watanabe, Keisuke Mitsumoto, Takafumi Ogawa, Yuichi Nemoto, Hiroshi Yamada-Kaneta
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 80 Pages: 094601-8
  • DOI: DOI:10.1143/JPSJ.80.094601
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multipole effects of Γ_3 doublet-Γ_4 triplet states in PrMg_3 (2011)
  • Author(s): Koji Araki, Yuichi Nemoto, Mitsuhiro Akatsu, Shinya Jyumonji, Terutaka Goto, Hiroyuki S.Suzuki, Hiroshi Tanida, Shigeru Takagi
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 84 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.84.045110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Antiferro-Quadrupolar Ordering at the Lowest Temperature and Anisotropic Magnetic Field-Temperature Phase Diagram in the Cage Compound PrIr_2Zn_<20> (2011)
  • Author(s): Isao Ishii, Hitoshi Muneshige, Yasuhiko Suetomi, Takahiro K.Fujita, Takahiro Onimaru, Keisuke T.Matsumoto, Toshiro Takabatake, Koji Araki, Mitsuhiro Akatsu, Yuichi Nemoto, Terutaka Goto, Takashi Suzuki
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 80 Pages: 093601 1-4
  • DOI: 10.1143/JPSJ.80.093601
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 擬スピン一次元系BaCo2V2O8の弾性ソフト化 (2012)
  • Author(s): 赤津光洋, 早坂千明, 三本啓輔, 荒木幸治, 根本祐一, 奥西巧一, 後藤輝孝, 大村公美子, 山口博則, 木村尚次郎, 萩原政幸
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [Presentation] 鉄ヒ素超伝導体Ba(Fe1-xCox)2As2における電気四極子揺らぎ (2012)
  • Author(s): 栗原綾佑, 後藤輝孝, 荒木幸治, 三本啓輔, 赤津光洋, 根本祐一, 小林義明, 佐藤正俊
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [Presentation] SmOs4Sb12の強磁場下に於ける弾性応答 (2012)
  • Author(s): 柳澤達也, 門別翔太, 日高宏之, 網塚浩, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, S.Yasin, S.Zherlitsyn
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [Presentation] パルス磁場を用いたSmOs4Sb12の超音波測定 (2012)
  • Author(s): 門別翔太, 柳澤達也, 日高宏之, 網塚浩, 根本祐一, 赤津光洋, 後藤輝孝, S.Yashin, S.ZherlitsynC北大理, 北大創成
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [Presentation] PrMg3の非クラマース二重項と格子の結合による散逸量子状態 (2012)
  • Author(s): 荒木幸治, 後藤輝孝, 三本啓輔, 根本祐一, 赤津光洋, 鈴木博之, 谷田博司, 高木滋, Shadi Yasin, Sergei Zherlitsyn, Joachim Wosnitza
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [Presentation] 希土類カゴ状化合物Pr3Pd20Ge6の交流帯磁率測定 (2012)
  • Author(s): 岩上欧史, 浪指悠平, 阿部聡, 松本宏一, 阿野元貴, 赤津光洋, 三本啓輔, 根本祐一, 後藤輝孝, 武田直也, 北澤英明
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [Presentation] PrRh2Zn20の弾性率 (2012)
  • Author(s): 石井勲, 宗重仁士, 上川修平, 末冨靖彦, 藤田貴弘, 鬼丸孝博, 長澤直裕, 高畠敏郎, 阿野元貴, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 鈴木孝至
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [Presentation] YbCo2Zn20の四極子効果による弾性ソフト化 (2012)
  • Author(s): 三本啓輔, 大井友貴, 阿野元貴, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 摂待力生, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 20120324-20120327
• [Presentation] 希土類六硼化物CexLa1-xB6の一軸圧四極子効果II (2011)
  • Author(s): 赤津光洋, 倉上慶大, 根本祐一, 後藤輝孝, 国井暁
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] 磁場中超音波計測によるHoRh2Si2の四極子効果 (2011)
  • Author(s): 三本啓輔, 小池達哉, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 繁岡透
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] ボロン添加シリコンの原子空孔軌道と横波弾性定数C44の異方的な磁場依存性 (2011)
  • Author(s): 馬場正太郎, 赤津光洋, 三本啓輔, 小松悟, 堀江邦彦, 根本祐一, 金田寛, 後藤輝孝
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] 超音波を用いた鉄ヒ素超伝導体Ba(Fe0.9Co0.1)2As2の四極子効果の研究 (2011)
  • Author(s): 栗原綾佑, 後藤輝孝, 荒木幸治, 三本啓輔, 赤津光洋, 根本祐一, 立松峻一, 佐藤正俊
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] SmOs4Sb12の音響ドハーズ・ファンアルフェン効果 (2011)
  • Author(s): 柳澤達也, 門別翔太, 日高宏之, 網塚浩, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, Pei-Chun Ho, M.Brian Maple
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] 超音波による鉄砒素超伝導体の電気四極子の研究 (2011)
  • Author(s): 後藤輝孝, 栗原綾佑, 赤津光洋, 三本啓輔, 荒木幸治, 根本祐一, 立松峻一, 佐藤正俊
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] PrIr2Zn20の反強四極子秩序 (2011)
  • Author(s): 石井勲, 宗重仁士, 末冨靖彦, 藤田貴弘, 鬼丸孝博, 松本圭介, 高畠敏郎, 荒木幸治, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 鈴木孝至
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] 中性子非弾性散乱法によるカゴ状化合物Pr3Pd20Si6の結晶場準位の決定II (2011)
  • Author(s): 北澤英明, Andreas Donni, Thierry Strassle, Lukas Keller, 松田雅昌, 加倉井和久, 阿野元貴, 赤津光洋, 根本祐一
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] 単結晶R3Pd20Si6の磁場中比熱III (2011)
  • Author(s): 小野宏基, 中野智仁, 武田直也, 阿野元貴, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 北澤英明
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] 希土類化合物Ce3Pd20Si6の近藤効果II (2011)
  • Author(s): 阿野元貴, 藤田雅也, 三本啓輔, 赤津光洋, 根本祐一, 後藤輝孝, 小野宏基, 武田直也, 酒井治, Andreas Doenni, 北澤英明
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 20110921-20110924
• [Presentation] Ultrasonic investigation of quadrupole effects in PrFe4P12 under magnetic fields along [111] (2011)
  • Author(s): Y.Nemoto, Y.Ikeda, T.Nishikata, G.Ano, K.Araki, K.Mitsumoto, M.Akatsu, T.Goto, N.Kurotaki, N.Takeda
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2011
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Year and Date: 20110829-20110903
• [Presentation] Low-Temperature Ultrasonic Dispersion In Non-Kramers Doublet System PrMg_3 (2011)
  • Author(s): K.Araki, T.Goto, K.Mitsumoto, M.Akatsu, Y.Nemoto, H.S.Suzuki, H.Tanida, S.Takagi, S.Yasin, S.Zherlitsyn, J.Wosnitza
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2011
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Year and Date: 20110829-20110903
• [Presentation] Ultrasonic Investigation of Ground State of Vacancy Orbital in Boron-Doped Silicon (2011)
  • Author(s): Mitsuhiro Akatsu, Shotaro Baba, Terutaka Goto, Satoru Komatsu, Kunihiko Horie, Keisuke Mitsumoto, Takafumi Ogawa, Yuichi Nemoto, Hiroshi Yamada-Kaneta
  • Organizer: 26th International Conference on Low Temperature Physics
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 20110810-20110817
• [Presentation] Ultrasonic Investigation on Layerd Iron Pnictide Superconductor Ba(Fe0.9Co0.1)2As2 (2011)
  • Author(s): Terutaka Goto, Ryousuke Kurihara, Keisuke Mitsumoto, Mitsuhiro Akatsu, Yuichi Nemoto, Shunichi Tatematsu, Masatoshi Sato
  • Organizer: 26th International Conference on Low Temperature Physics
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 20110810-20110817
• [Remarks]
  • URL: http://www.sc.niigata-u.ac.jp/goto/