2012 Fiscal Year Research-status Report
カゴ状構造希土類化合物における多極子誘起の新奇基底状態の探索
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24740239
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
東中 隆二 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (30435672)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 重い電子系 / カゴ状化合物 / 四極子自由度 / 価数自由度 |
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| Research Abstract |
四極子自由度が重要な役割を果たしているPrTa2Al20について、単結晶を用いた H//[100], [110], [111] 磁場下における極低温までの比熱を測定を行い、転移温度の磁場依存性が磁場方向により異なる振る舞いを示すことを観測し、反強四極子転移を示す物質の相図との類似性を見出した。これに関連して、抵抗率測定から転移が磁場誘起相転移であることを示唆する結果が観測されたため単純な反強四極子秩序で無い可能性が考えられ、さらに研究を進めていく必要がある。また、本物質は我々の先行研究より、四極子秩序温度以下で重い電子状態を形成することを比熱測定から見出していたが、共同研究で行った熱電能測定からも重い電子状態形成を示唆する実験結果を得た。それらの結果から、本物質ではこれまでほとんど例のない、磁性以外の起源による非従来型の四極子誘起の重い電子状態が実現している可能性が非常に高いことを見出した。
次に、SmTr2Al20(Tr = Ti,V,Cr,Ta)について、これらの物質は磁場に鈍感な相転移を示し、さらに低温で磁場に鈍感な重い電子状態を示すが、これらの磁場に鈍感な性質がSm価数に起因している可能性が示唆されている。この可能性を明らかにするべく、Smの価数状態を調べるためにX線吸収実験を行った。その結果、その他の物性がTrに依存する振る舞いを示すにもかかわらず、価数が温度および遷移金属にほとんど依存しないことを観測し、価数の自由度はあまり重要な役割を果たしていないことを見出した。また、磁気八極子の寄与が考えられる磁場に鈍感な相転移の秩序変数を決定すべく単結晶中性子磁気構造解析を行い、q=0の反強的秩序であることを見出した。詳細な解析はまだ済んでおらず最終的な結論には至っていないが、磁気散乱パターンが磁気双極子のみの秩序化では説明できないため、磁気八極子の寄与が考えられる。
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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
研究の目的に示した内容に関して、以下の状況にあるため研究遂行はおおむね順調に進展していると考えられる。
１の育成条件の最適化による単結晶の純良化と大型化については、育成条件の最適化により単結晶中性子回折、超音波測定に耐えうる数 mm 角の単結晶育成に成功し、それらの試料を用いて中性子回折については実際に実験を行っており、超音波測定については共同実験者に試料を提供し測定を開始している。
２のPrTa2Al20の極低温物性については、[100], [110], [111]方向の磁場下での比熱、抵抗測定を行い、磁場温度相図を決定しており、磁場誘起相転移の可能性を見出している。また、これに加え共同研究の熱電能測定からも非従来型の重い電子状態が成立している可能性を示唆する結果を得ている。
３のSmTr2Al20に関しては、Tr=Ti,V,Cr,Ta について価数状態を明らかにするためにXASスペクトル測定を行い、温度、遷移金属依存性がほとんど無いことを明らかにした。データの解析についても共同研究者と協力して行っている。また、中性子磁気構造解析についても既に実験を行っており、単純な磁気双極子の秩序化では説明できないことを明らかにした。さらなる詳細な解析を共同研究者と連携して進めている。また、Tr=Taの単結晶育成にも成功し、他のSmTr2Al20と同様磁場に鈍感な相転移および重い電子状態を見いだし、さらに、これまでのSm化合物の中で最大の電子比熱係数を持つことを観測した。
４の極低温物性測定装置の構築については、試料回転機構部分については既に設置済みであり、測定系の構築に関して、着々と準備を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
PrTr2Al20に関して、まずは本年度の低温抵抗測定から磁場誘起相転移の可能性が示唆されているため、より詳細な低温抵抗率測定を行う予定である。また、育成に成功した大型単結晶を用いた超音波測定、NMR 測定、圧力下抵抗測定の共同研究を予定しており、これまで測定してきた物性を踏まえて四極子に起因した新奇基底状態の解明に向け研究を進める。
SmTr2Al20に関しては本年度に行った単結晶磁気構造回折のより詳細な解析を進め、その秩序変数を明らかにする。また、SmTa2Al20においてその他のSmTr2Al20には観測されなかった新たな転移が 0.3 K 付近に観測されているためその起源を明らかにするため、低温抵抗測定を進めてその起源を明らかにする。
本研究課題で予定していた上記の物質に加え、最近見いだした異方性を持つカゴ状物質LnAu3Al7についてLn=La,Ce,Sm,Ybでの合成に成功し基礎物性測定を進めている。この中でLn=Smの物質は強いc-f混成効果より重い電子状態を示すが、その状態が磁場に依存する振る舞いを示しており、SmOs4Sb12, SmTr2Al20等が示す磁場に鈍感な重い電子状態と異なる。そのため、SmAu3Al7の重い電子状態の詳細を明らかにし、上記の物質と比較することより、Sm系で見られる磁場に鈍感な重い電子状態の形成機構を明らかにする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初購入を予定していた備品のメタルデュワーは当該年度の予算では購入するのが難しかったため、本研究室にあるメタルデュワーを利用して装置を立ち上げることに変更した。そのことにより予定していた物品費がかなり減ることになってしまい、次年度に繰り越すことになってしまった。繰り越した予算については翌年度の研究費と合わせて測定系の構築に必要な付加的な装置の購入もしくは合成用試料及び消耗品、ヘリウム代として有効利用する予定である。
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