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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Study of correlated electronic phenomena induced by electric quadrupolar degrees of freedom in nonmagnetic doublet ground state

Research Project

Project/Area Number 21J14456
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

草ノ瀬 優香  広島大学, 先進理工系科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2023-03-31
Keywordsプラセオジム化合物 / 電気四極子 / 四極子秩序 / 熱膨張 / 四極子感受率
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,非磁性基底二重項をとる新たな立方晶プラセオジム(Pr)化合物を探索し,四極子と伝導電子の相互作用による物性を系統的に捉えることを目的として,以下の2つの項目に着目して研究を行った。
(1)Prの副格子がfcc構造をとるPrMgNi4の単結晶を作製し,物性測定を行った。私たちのこれまでの研究では,Prの結晶場基底状態は非磁性のΓ3二重項であるが,0.1 Kまで四極子秩序は観測されていない。そこで,0.3 Kまでの熱膨張と磁歪を測定した。得られる格子長の変化量ΔLから歪みはε≡ΔL/L0 となる。ゼロ磁場での熱膨張の温度変化では,5 K付近にブロードな山が現れる。これは,比熱で観測された二重項-三重項のSchottky異常と整合する。εの磁場に対する二階微分と四極子感受率χQは比例関係にあることから,温度を変えながら磁歪を測定することで四極子感受率の温度依存性を評価できる。磁歪係数dε/dBの0.6 T以下の傾きから,χQの温度変化は,磁場B || [100]では5 K以下で低温に向かって発散的に減少し, B || [111], T > 2 Kでは一定値に収束する。これは, 0.3 KまでΓ3型の四極子自由度が活性であることを示している。また, χQの増大は0.7 K以下で抑制されていることから四極子が凍結していると考えられる。
(2)PrMgNi4と同型のPrCdNi4 を作製し,単結晶試料を初めて得た。私たちのグループによるこれまでの研究で,比熱の1 K付近に,相転移によるピークを観測し,電気抵抗率においても1 K付近に肩の異常を観測した。磁場による変化が小さいことから四極子の長距離秩序であると考えられる。日本原子力研究開発機構で中性子散乱実験を行い,転移温度の上下で強度差は誤差範囲内であった。よって,1 K付近の相転移は磁気転移ではないことを確かめた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (6 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Observation of thermodynamics originating from a mixed-spin ferromagnetic chain2022

    • Author(s)
      H. Yamaguchi, S. C. Furuya, S. Morota, S. Shimono, T. Kawakami, Y. Kusanose, Y. Shimura, K. Nakano, and Y. Hosokoshi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: L100404

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.L100404

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 非磁性基底二重項をとる立方晶PrMgNi4の磁歪測定による四極子感受率の評価2023

    • Author(s)
      草ノ瀬優香,志村恭通,鬼丸孝博
    • Organizer
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [Presentation] ミックス型強磁性スピン鎖における低温物性2023

    • Author(s)
      師田慧, 山口博則, 細越裕子, 古谷峻介, 下野聖矢, 川上貴資, 草ノ瀬優香, 志村恭通
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
  • [Presentation] Quadrupole phase transition in a cubic 4f 2 compound PrCdNi4 with a non-Kramers doublet ground state2022

    • Author(s)
      Y. Kusanose, T. Onimaru, Y. Shimura, K. Umeo, T. Takabatake
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quadrupole phase transition in a cubic 4f 2 compound PrCdNi4 with a non-Kramers doublet ground state2022

    • Author(s)
      Y. Kusanose, T. Onimaru, Y. Shimura, K. Umeo, T. Takabatake
    • Organizer
      29th International Conference on LOW TEMPERATURE PHYSICS 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks]

    • URL

      https://sites.google.com/view/kusanose/%E5%85%AC%E8%A1%A8%E8%AB%96%E6%96%87

URL: 

Published: 2023-12-25  

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