2022 Fiscal Year Research-status Report
磁気揺らぎをもつ希土類金属間化合物が示す無秩序型量子相転移の検証
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22K03529
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
志村 恭通 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 助教 (10713125)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 重い電子系 / 量子相転移 / 極低温 / 磁歪 / 熱膨張 / 高磁場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子相転移とは、圧力や元素置換による電子数などをパラメーターとして、温度変化により起こる通常の相転移ではなく、絶対零度で起こる相転移のことをいう。一般的な量子相転移は、磁気秩序相と非磁性相を横切るときにおこるが、磁気秩序を伴わないタイプの量子相転移も提案されている。申請者はこの磁気秩序を伴わない、量子相転移を検出するうえで、磁歪と熱膨張が有効であることを見出してきた。そこでまず初年度は、申請者がドイツのアウグスブルグ大学で習得した静電容量法による磁歪・熱膨張測定法を所属研究室に導入した。静電容量法による測定の利点は、強相関4f電子系に必要な極低温強磁場下でも可能である。
具体的には、ドイツのKuechler社に製作を依頼した直径1cm程度の変位計を用いて、それを研究室の希釈冷凍機および3He冷凍機に設置した。測定の対象物質として、本研究対象であるYbCo2Zn20を選定した。YbCo2Zn20は0.3 K以下の磁場依存性おいて、0.6 Tで重い電子状態の変化に伴うメタ磁性に加え、磁場を[111]方向に印加した時にのみ、6Tで磁場誘起の相転移を示す。0.1 Kでの磁歪測定の結果、これら二つの異常を検出し、特に磁場誘起相の相転移は磁化で検出したものよりもはるかに明瞭に検出された。加えて磁場中熱膨張の測定から検出した磁場誘起相転移の飛びの大きさから、一軸圧効果を見積もったところ、他のRT2X20(R:希土類, T:遷移金属, X:Zn,Al,Cd)と比べてはるかに大きな一軸圧効果が期待されることを明らかにした。
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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
以前までは、広島大学の所属研究室で可能であった膨張率測定は 2 K以上が限界であり、測定精度も不十分であった。そのため、本研究課題を遂行するには外部の研究者との共同研究が必要不可欠であった。しかし本研究は、様々な組成の試料に対しての膨張率測定を計画しているため、出張実験だけでは十分なデータがとれない。ゆえに本年度に立ち上げた、極低温磁場中での膨張率測定系により、自前での測定が可能になったことは、次年度以降、本研究課題の遂行に加速度的進歩をもたらすだろう。加えて、本研究対象であるYbCo2Zn20でのテスト測定に成功したことも、次年度以降の研究を考えると大事な一歩である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、非磁性の相転移が期待されている(Yb,Sc)Co2Zn20の試料の合成を中心に行う。これはSc=20-30%の置換により、価数の転移らしき格子定数の異常が観測されている。これが本研究で対象としている、磁気秩序を伴わない相転移の可能性がある。申請者は過去にYbCo2Zn20の単結晶試料を数多く合成しており、純良試料の合成法を確立してきた。本年度はこの試料の合成に加え、もし価数の転移があるのであれば、低温ほどその異常は明瞭になるはずである。そこで、茨城県東海村の中性子散乱分光器HERMESを用いて、最低温度3 Kでの格子定数の変化の検出を目指す。なお、中性子散乱実験のためのマシンタイムはすでに取得済みである。中性子散乱の実験の後、立ち上げた変位計を用いて、1 K以下までの低温測定を行う予定である
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