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2012 Fiscal Year Research-status Report

f電子ー核超微細結合多重項の新奇物性

Research Project

Project/Area Number 23540421
Research InstitutionTokyo Metropolitan University

Principal Investigator

青木 勇二  首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (20231772)

Keywords強相関電子系 / 超微細結合多重項 / 多極子 / 核スピン / 充填スクッテルダイト / かご状物質
Research Abstract

充填スクッテルダイトPrRu4P12で見出した、極低温領域における「4f電子と原子核スピンが超微細結合することにより形成された複合多重項状態」について、エントロピーを解析することにより、熱力学的な妥当性を確認した。ゼロ磁場下の測定温度領域内で吐き出されるエントロピーがRln3を超えていることを示し、核スピン自由度が関与していることを確認した。
さらに、この複合多重項に伝導電子が混成し発現が期待される、「4f電子+伝導電子+核」の3者による新しいタイプの強相関電子状態の形成を実験的に検証するため、単結晶試料を用いた極低温における電子輸送測定を進めた。電気抵抗やホール抵抗に、磁場方向に強く依存する特徴的な磁場依存および温度依存を観測した。この結果は、低磁場低温領域に、上述の「3者による新奇強相関電子状態」が形成されていることの証拠を与えている可能性がある。
核断熱消磁等の方法により、さらに極低温での基礎物性測定を進めるために、フラックス法による単結晶試料育成をすすめた。
核スピンが関与する新奇f電子状態の物性探索を、かご状物質系を中心に進めた。ピーナッツカゴ状構造を持つTm6Cr4Al43において、f電子の結晶場準位構造が、擬2重項基底状態を持つことがわかった。ピーナッツカゴ状構造の中で2つのTmイオンが近接しているため、この2つがペアを組み、2量体を形成する可能性がある。今後、基礎物性測定を進め、これを確認していく。
核スピンとf電子の結合が期待されるPrFe4P12の極低温領域を電子輸送係数の測定により調べた。その結果、磁場を[111]方向に印加した極低温領域において、これまでに知られていた秩序変数が不明な秩序相(B相)の高磁場側17T以上に、新たなC相が存在することを見出した。今後、系統的な測定を進め、それらの秩序相における核スピンの関与を調べていく。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当該年度は、(1)PrRu4P12の低温領域におけるエントロピー変化量から核スピン自由度が関与していることを確認したこと(複合多重項形成の証拠)、(2)磁場方向に強く依存する特徴的な磁場依存および温度依存を電気抵抗やホール抵抗に見出したこと(新奇強相関電子状態の形成の証拠)、(3)核スピンが関与する新奇f電子状態の物性探索により、候補物質Tm6Cr4Al43が得られたこと、(4) PrFe4P12の極低温強磁場領域に新たな秩序相を発見したこと、などの成果が出ており、本研究はおおむね順調に進展していると判断できる。
問題点としては、前年度に比べてヘリウムガスがさらに世界的供給不足の状況となり、液体ヘリウムの入荷制限により、極低温における基礎物性測定が当初の予定よりも遅れ気味であることである。そこで、液体ヘリウムなしで極低温基礎物性測定ができるように、現存の冷凍器の改造を進めた。断熱消磁を利用することにより、本研究で必要とする極低温領域に到達可能である。次年度は、この冷凍器を利用した実験を進めることにより、この問題に対応する。

Strategy for Future Research Activity

複合多重項状態の相補的な情報を得るための各種実験(ミュオンスピン緩和測定、ESR測定、極低温磁化測定など)を進める。そのために必要となるPrRu4P12の純良単結晶育成を平成24年度に引き続き行う。
世界的なヘリウムガス欠乏に起因する液体ヘリウムの入荷制限に対応するため、液体ヘリウムなしで極低温基礎物性測定ができるように、現存の冷凍器の改造を平成24年度に進めた。平成25年度前半は、これに断熱消磁の機能を組み込み、本研究で必要とする極低温領域に到達可能となるよう改良する。平成25年度後半で、これを活用しながら、極低温におけるPrRu4P12の電子輸送効果などの測定実験を行い、低磁場低温領域に「3者による新奇強相関電子状態」が形成されていることの証拠を探る。
また、平成24年度の物質探索で得られたピーナッツカゴ状構造を持つ候補物質Tm6Cr4Al43の基礎物性評価および極低温における電子輸送効果の測定を進め、核スピンが関与する新奇f電子状態の有無を検証する。また、ピーナッツカゴ状構造の中で2つのTmイオンが近接しているため、この2つがペアを組み2量体を形成する可能性もあり、この検証も同時進行で進める。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

平成24年度の残金が発生した理由は、液体ヘリウムの入荷制限(ヘリウムガスの世界的供給不足による)のため、極低温実験が一部実施できなかったためである。
液体ヘリウムなしで極低温基礎物性測定ができるように、現存の冷凍器の改造を平成24年度に進めたが、これに断熱消磁の機能を組み込む作業を平成25年度前半に行う予定である。平成24年度に使用を予定していた上述の物品購入予算を、これに充てる。

  • Research Products

    (20 results)

All 2012

All Journal Article (7 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] Ru substitution effect on the peak effect in superconducting PrOs4Sb122012

    • Author(s)
      R. Miyazaki, R. Higashinaka, Y. Aoki, H. Sugawara and H. Sato
    • Journal Title

      J. Phys. : Conf. Ser

      Volume: 391 Pages: 012046 (5)

    • DOI

      10.1088/1742-6596/391/1/012046

  • [Journal Article] Neutron scattering study on magnetic ordering in a partially rare-earth filled skutterudite PrxFe4Sb122012

    • Author(s)
      K. Iwasa, T. Orihara, K. Saito, K. Tomiyasu, Y. Murakami, H. Sugawara, K. Kuwahara, H. Kimura, R. Kiyanagi, Y. Ishikawa, Y. Noda, Y. Aoki, H. Sato and M. Kohgi
    • Journal Title

      J. Phys. : Conf. Ser

      Volume: 391 Pages: 012025 (4)

    • DOI

      10.1088/1742-6596/391/1/012025

  • [Journal Article] Thermodynamic properties of the f-electron-nuclear hyperfine-coupled composite multiplets of Pr ions in filled-skutterudite PrRu4P122012

    • Author(s)
      Y. Aoki, T. Namiki, S.R. Saha, H. Sugawara and H. Sato
    • Journal Title

      J. Phys. : Conf. Ser

      Volume: 391 Pages: 012003 (4)

    • DOI

      10.1088/1742-6596/391/1/012003

  • [Journal Article] Heavy quasiparticles formed in the ferromagnetic Yb layers in the Kondo helical magnet YbNi3Al9 as revealed by specific-heat measurements2012

    • Author(s)
      R. Miyazaki, Y. Aoki, R. Higashinaka, H. Sato, T. Yamashita and S. Ohara
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 86 Pages: 155106(6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.86.155106

  • [Journal Article] Magnetic Excitation in Totally Symmetric Staggered Ordered Phase of PrFe4P122012

    • Author(s)
      K. Iwasa, L. Hao, M. Kohgi, K. Kuwahara, J.-M. Mignot, H. Sugawara, Y. Aoki, T.D. Matsuda, and H. Sato
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn

      Volume: 81 Pages: 094711 (9)

    • DOI

      10.1143/JPSJ.81.094711

  • [Journal Article] Characterization of the Mysterious High Field Ordered Phase around H//[111] and Finding of a New Phase Boundary in PrFe4P122012

    • Author(s)
      H. Aoki, H. Sato, D. Kikuchi, H. Sugawara, A. Pourret, K. Behnia, S. Uji, T. Terashima, R. Higashinaka, and Y. Aoki
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn

      Volume: 81 Pages: 084703 (11)

    • DOI

      10.1143/JPSJ.81.084703

  • [Journal Article] 充填スクッテルダイトにおける多極子物性2012

    • Author(s)
      青木勇二、菅原仁、佐藤英行
    • Journal Title

      固体物理(Solid State Physics)

      Volume: 47 Pages: 637-649

  • [Presentation] PrRu4P12 の低温におけるミュオンスピン緩和2012

    • Author(s)
      髭本亘,伊藤孝,二宮和彦,東中隆二,青木勇二,佐藤英行
    • Organizer
      日本物理学会第2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] CeAu3Al7の単結晶育成と基礎物性測定2012

    • Author(s)
      高橋洋介,宮崎亮一,東中隆二,青木勇二,佐藤英行
    • Organizer
      日本物理学会第2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] カゴ状化合物微小単結晶試料の熱電能測定2012

    • Author(s)
      小野修平,東中隆二,青木勇二,佐藤英行
    • Organizer
      日本物理学会第2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] YbAu3Al7の単結晶育成と物性測定2012

    • Author(s)
      國利洸貴,高橋洋介,陶山琢矢,東中隆二,青木勇二,佐藤英行
    • Organizer
      日本物理学会第2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] 反強磁性カゴ状物質SmAu3Al7の基礎物性評価2012

    • Author(s)
      増田隼人,高橋洋介,東中隆二,青木勇二,佐藤英行
    • Organizer
      日本物理学会第2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] ヘリカル磁性体YbNi3Al9の二次元強磁性層中に形成された重い電子状態2012

    • Author(s)
      宮崎亮一,青木勇二,東中隆二,佐藤英行,山下哲郎,大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会第2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] Unusual heavy fermion behavior in PrTr2Al20 (Tr = Nb, Ta) associated with Gamma_3 quadrupolar degrees of freedom2012

    • Author(s)
      R. Higashinaka, A. Nakama, R. Miyazaki, Y. Aoki and H. Sato
    • Organizer
      International Conference on Magnetism 2012
    • Place of Presentation
      Busan, Korea
    • Year and Date
      20120708-20120713
  • [Presentation] SmTr2Al20における磁場に鈍感な相転移および重い電子状態の起源探索2012

    • Author(s)
      東中隆二,山田瑛,宮崎亮一,水牧仁一朗,筒井智嗣,新田清文,宇留賀朋哉,G. Nenert,L. Chapon,青木勇二,佐藤英行
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      20120326-20120329
  • [Presentation] 充填スクッテルダイトPr(Os1-xRux)4Sb12におけるラットリング-結晶場励起間の新奇結合状態2012

    • Author(s)
      宮崎亮一,筒井智嗣,青木勇二,東中隆二,荻田典男,長谷川巧,宇田川眞行,Alfred. Q. Baron,佐藤英行
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      20120326-20120329
  • [Presentation] カゴ状化合物単結晶試料の低温熱電能測定2012

    • Author(s)
      小野修平,東中隆二,青木勇二,佐藤英行
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      20120326-20120329
  • [Presentation] カゴ状化合物SmTr2Al20(Tr=V,Nb,Ta)の単結晶育成と物性測定2012

    • Author(s)
      山田瑛,東中隆二,青木勇二,佐藤英行,水牧仁一朗,筒井智嗣,新田清文,宇留賀朋哉
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      20120326-20120329
  • [Presentation] 反強磁性カゴ状物質SmAu3Al7の単結晶育成と物性測定II2012

    • Author(s)
      増田隼人,高橋洋介,宮崎亮一,東中隆二,青木勇二,佐藤英行
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      20120326-20120329
  • [Presentation] 新規カゴ状化合物Tm6Cr4Al43の単結晶育成と物性測定2012

    • Author(s)
      伏屋健吾,宮崎亮一,東中隆二,青木勇二,佐藤英行
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス
    • Year and Date
      20120326-20120329

URL: 

Published: 2014-07-24  

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