超高圧力下の磁性ー伝導同時測定法の開発と強相関４ｆ電子系の相臨界領域の探索

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23540431
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 長壁 豊隆 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (80354900)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2015-03-31
• Keywords: 高圧力 / 強相関電子系 / 中性子回折 / 電気抵抗 / ガスケット / 絶縁 / ミタニライト

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、強相関4f電子系化合物においてスピンや軌道などの自由度が競合する臨界領域を低温高圧力下で生成し、この領域で発現が期待される新奇物性を中性子回折(磁性)と電気抵抗測定(伝導)の同時測定法により研究する。この目的のため、中性子回折用ハイブリッドアンビル式高圧力セル(HAC)を用いた電気抵抗測定を実現することが大きな目標となる。
今年度は、前年度に新開発したミタニライト被膜によるガスケット絶縁手法を用いて、充填スクッテルダイト化合物PrFe4P12について高圧力下電気抵抗の試験測定を行った。この物質は常圧下では金属状態であり、約6.5 Kで(1, 0, 0)構造の非磁性秩序相に相転移する。この物質を加圧すると転移が抑制され、約2.5 GPaの臨界圧力(以下、Pc)以上の低温下で絶縁体となることが知られている。一方、HACを用いた低温高圧下単結晶中性子回折実験により、Pc以上でPr当たり2.0μBの(1, 0, 0)構造の反強磁性相が現れることが明らかになっている。報告者等の実験の結果、加圧と共に電気抵抗に見られる非磁性転移が抑制され、3.8 GPaでは10 K付近から電気抵抗が急激に上昇する様子が明瞭に観測された。同時測定ではないが、この電気抵抗測定における加圧条件は上記のHACを用いた高圧下中性子回折実験と完全に同一であり、反強磁性相転移温度と絶縁体への転移温度が一致したことから、絶縁体転移が反強磁性秩序に起因していることを明らかになった。なお、この測定では、加圧したHACを室温から1 K 程度まで繰り返し温度変化させているが、皮膜の亀裂や剥がれは生じずに絶縁状態を維持していたので、ミタニライト絶縁被膜ガスケットは、熱膨張・収縮のサイクルにも強いことを確認できた。

Research Products

• [Journal Article] 陽極酸化被膜を用いたガスケット絶縁技術の開発 (2015)
  • Author(s): 長壁豊隆
  • Journal Title: 高圧力の科学と技術 Volume: 25 Pages: 57-63
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pressure-induced polar phases in multiferroic delafossite CuFeO2 (2014)
  • Author(s): N. Terada, D. D. Khalyavin, P. Manuel, T. Osakabe, P. G. Radaelli, H. Kitazawa
  • Journal Title: Physical Review B (Rapid Communications) Volume: 89 Pages: 220403 1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.220403
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 高圧力下における単結晶中性子回折と電気抵抗の同時測を目指した技術開発 (2015)
  • Author(s): 長壁豊隆, 加藤義博, 本元悟, 桑原慶太郎
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 陽極酸化皮膜を用いたガスケット絶縁技術の開発 (2014)
  • Author(s): 長壁豊隆、加藤義博、桑原慶太郎
  • Organizer: 第55回高圧討論会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [Presentation] Development of high-pressure sample environment for single crystal neutron diffractometer SENJU at J-PARC MLF (2014)
  • Author(s): K. Munakata, A. Nakao, T. Osakabe, R. Kiyanagi, T. Ohhara, T. Hanashima, T. Moyoshi, K. Kaneko, I. Tamura, Y. Uwatoko
  • Organizer: 8th International Workshop on Sample Environment at Neutron Scattering Facilities
  • Place of Presentation: North Leigh, UK
  • Year and Date: 2014-10-12 – 2014-10-16
• [Presentation] High-pressure sample environments of single crystal neutron diffractometer SENJU at J-PARC (2014)
  • Author(s): K. Munakata, A. Nakao, T. Osakabe, R. Kiyanagi, K. Kaneko, T. Ohhara, T. Hanashima, K. Oikawa, I. Tamura, T. Kawasaki, K. Komatsu, Y. Uwatoko
  • Organizer: 23rd Congress and general assembly of the International Union of Crystallography
  • Place of Presentation: Montreal, Canada
  • Year and Date: 2014-08-05 – 2014-08-12
• [Presentation] Pressure-induced magnetic phase transitions in a multiferroic delafossite CuFeO2 as observed by high-pressure neutron diffraction (2014)
  • Author(s): N. Terada, D. D. Khalyavin, P. Manuel, T. Osakabe, P. G. Radaelli, H. Kitazawa
  • Organizer: International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2014
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-14