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2014 Fiscal Year Annual Research Report

非クラマース系の多極子自由度が誘起する強相関電子現象

Research Project

Project/Area Number 26707017
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

鬼丸 孝博  広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (50444708)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords低温物性 / 電気四極子 / 超伝導 / 中性子回折
Outline of Annual Research Achievements

近年,4f2配位をもつ非クラマースPr3+イオンを含む金属間化合物において,多極子自由度が創出する多彩な物性に注目が集まっている。申請者は,新規カゴ状物質PrT2Zn20 (T: Rh, Ir)において,超伝導転移が反強四極子秩序相内で起こることをはじめて見出し,四極子揺らぎによる超伝導機構を提案した。さらに,熱電能や弾性定数,圧力下電気抵抗の結果より,多極子と伝導電子の混成効果に起因する量子相転移の可能性を指摘した。そこで本研究では,多極子に起因するこれらの強相関電子現象に着目する。磁場や圧力,元素置換により多極子と伝導電子の混成効果をコントロールし,ミクロ・マクロ両面の測定手法を駆使することで,これら強相関電子現象の特異性と普遍性を捉える。
本年度は,まずPrT2Zn20 (T: Rh, Ir)の大型単結晶の作製を行った。高周波加熱による予備反応およびブリッジマン法を採用し, 7mm角以上の単結晶を作製した。作製した大型単結晶を用いて,磁場中中性子散乱実験を行った。中性子回折実験は,フランスのレオン・ブリルアン研究所にて,希釈冷凍機と6テスラ超伝導マグネットを組み合わせて行った。四極子秩序相で磁場を印加し,磁場誘起の反強磁性による回折ピークを観測した。
また,カゴ原子のZnをGaに置換した系の試料を作製した。比熱を温度で割ったC/Tが-lnT依存性を示す温度領域が,Ga置換とともに高温側にシフトすることが分かった。さらに,磁化率はGa置換により低温で上昇する傾向が現れる。これらのことから,Ga置換によって混成が増強され,非クラマース二重項による新しい基底状態が形成された可能性がある。
上記で作製した単結晶を,国内外の研究グループに提供した。今後,ミクロ・マクロ手法による成果が期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度は,本研究のもっとも重要な課題の一つであるPrIr2Zn20の大型単結晶の作製に成功した。これまでの試料作製に関する情報を見直し,高周波加熱による予備反応とブリッジマン法の採用により,7mm角以上の大型の単結晶を得た。この大型単結晶が決め手となり,翌年度に計画していた中性子回折の実験を前倒しで行うことができた。これまでのマクロ測定により,PrIr2Zn20は反強四極子秩序を示すことが示唆されていた。今回の磁場中中性子会実験により,四極子秩序に対応する磁場誘起反強磁性の回折ピークを観測した。四極子の秩序変数をミクロ手法により観測した重要な成果である。
また,試料作製に関しては,Zn原子をGaで置換した系の純良試料を得た。この試料を用いた電気抵抗率,比熱,磁化の測定から,Ga置換系でも非クラマース基底二重項が維持されていること,またGa置換により基底状態が非磁性から磁性へ変化している可能性が示唆される。
今回作製した単結晶を,国内外の研究グループに提供した。現在のところ順調に測定が進んでおり,今後重要な研究成果が期待される。

Strategy for Future Research Activity

今年度作製したPrIr2Zn20の大型単結晶を用いて,中性子回折実験を進め,ホール係数や熱膨張・磁歪についても測定する。磁場中の中性子回折については,まだ1つの磁場方向での測定しか行っていないので,他の磁場方向での測定も行う。また,同型のPrRh2Zn20についても,PrIr2Zn20の試料作製の方法を参考にして,大型単結晶の作製に挑む。大型の単結晶が得られたら,同様に磁場中での中性子回折実験を行う予定である。カゴ原子のZnをGaで置換した系についても,組成比に対する変化を基礎物性測定により詳細に調べる。さらに,ZnをSnで置換した系の試料作製を行い,元素置換による系統的な変化を捉える。
また,PrT2Zn20 (T=Rh, Ir)ならびに元素置換系について,磁場中での電気抵抗率や比熱を0.1 K以下の極低温まで測定する。PrIr2Zn20に関しては, 極低温でのグリューナイゼン定数を評価するための熱膨張・磁歪の測定のための準備を進める。すでに今年度導入したキャパシタンスブリッジを用いたテスト測定は完了しているので,測定セルや冷凍機への設置,測定プログラムの作成を順次進めていく。
PrT2Zn20 (T=Rh, Ir)の大型単結晶ならびに元素置換系の試料については,積極的に国内外の特徴ある測定グループへ提供する。この物質系における多彩な強相関電子現象についての理解が深まり,さらには本テーマの発展につながることが期待される。

  • Research Products

    (39 results)

All 2015 2014

All Journal Article (13 results) (of which Peer Reviewed: 12 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results,  Open Access: 11 results) Presentation (26 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Interplay between low-energy optical phonon modes and structural transition in PrT2Zn20 (T=Ru and Ir)2015

    • Author(s)
      K. Wakiya, T. Onimaru, S. Tsutsui, K. T. Matsumoto, N. Nagasawa, A. Q. R. Baron, T. Hasegawa, N. Ogita, M. Udagawa and T. Takabatake
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 592 Pages: 012024-1-6

    • DOI

      10.1088/1742-6596/592/1/012024

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Anomalous Enhancement of Seebeck Coefficient in Pr-Based 1-2-20 System with Non- Kramers Doublet Ground States2015

    • Author(s)
      Y. Machida, T. Yoshida, T. Ikeura, K. Izawa, A. Nakama, R. Higashinaka, Y. Aoki, H. Sato, A. Sakai, S. Nakatsuji, N. Nagasawa, K. Matsumoto, T. Onimaru, and T. Takabatake
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 592 Pages: 012025-1-9

    • DOI

      10.1088/1742-6596/592/1/012025

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Competition between Quadrupole and Magnetic Kondo Effects in Non-Kramers Doublet Systems2015

    • Author(s)
      H. Kusunose and T. Onimaru
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 592 Pages: 012099-1-10

    • DOI

      10.1088/1742-6596/592/1/012099

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthesis and physical properties of a new caged compound Ce3Pd20As6 of the C6Cr23-type structure2015

    • Author(s)
      K. Orita, K. Uenishi, M. Tsubota, Y. Shimada, T. Onimaru, T. Takabatake, J. Kitagawa
    • Journal Title

      JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS

      Volume: 622 Pages: 676-680

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2014.10.144

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Thermoelectric properties in Mn-doped Bi2Se32014

    • Author(s)
      C. M. Kim, S. H. Kim, T. Onimaru, K. Suekuni, K, T. Takabatake, M. H. Jung
    • Journal Title

      CURRENT APPLIED PHYSICS

      Volume: 14 Pages: 1041-1044

    • DOI

      10.1016/j.cap.2014.05.011

    • Open Access
  • [Journal Article] Thermoelectric properties of Mn-doped Mg-Sb single crystals2014

    • Author(s)
      S. Kim, C. Kim, Y. K. Hong, T. Onimaru, K. Suekuni, T. Takabatake, M. H. Jung
    • Journal Title

      JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A

      Volume: 2 Pages: 12311-12316

    • DOI

      10.1039/c4ta02386b

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Electrical properties of Ba3C60 collapsed under high-pressure and high-temperature conditions2014

    • Author(s)
      M. Tanaka, S. Zhang, T. Onimaru, T. Takabatake, K. Inumaru, S. Yamanaka
    • Journal Title

      CARBON

      Volume: 73 Pages: 125-131

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2014.02.047

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] La Substitution Effect on Superconducting Transition and Doublet Ground State in PrIr2Zn202014

    • Author(s)
      K. T. Matsumoto, T. Onimaru, Y. Obayashi, N. Nagasawa, K. Wakiya, K. Umeo, R. Tamura, K. Nishimoto, T. Takabatake
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 3 Pages: 011039-1-5

    • DOI

      10.7566/JPSCP.3.011039

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Suppression of Superconductivity in PrRh2Zn20 by the Substitution of Co for Rh2014

    • Author(s)
      Y. Shimada, N. Nagasawa, T. Onimaru, K. T. Matsumoto, K. Umeo, T. Takabatake
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 3 Pages: 011042-1-6

    • DOI

      10.7566/JPSCP.3.011042

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] High-Sensitive Measurements of Magnetization in PrPb3 with SQUID Magnetometer2014

    • Author(s)
      Y. Sato, S. Makiyama, T. Kawae, T. Onimaru, H. S. Suzuki, M. Jackson, C. Paulsen, M. Amara, R. -M. Galera
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 3 Pages: 011052-1-5

    • DOI

      10.7566/JPSCP.3.011052

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Atomic Dynamics and Structural Transitions in Caged Compounds RRu2Zn20 (R = La and Pr)2014

    • Author(s)
      K. Wakiya, T. Onimaru, S. Tsutsui, K. T. Matsumoto, N. Nagasawa, A. Q. R. Baron, T. Hasegawa, N. Ogita, M. Udagawa, T. Takabatake
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 3 Pages: 011068-1-5

    • DOI

      10.7566/JPSCP.3.011068

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Anomalous Enhancement of Seebeck Coefficient in PrIr2Zn202014

    • Author(s)
      T. Ikeura, T. Matsubara, Y. Machida, K. Izawa, N. Nagasawa, K. T. Matsumoto, T. Onimaru, T. Takabatake
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 3 Pages: 011091-1-5

    • DOI

      10.7566/JPSCP.3.011091

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Release of the Magnetic Frustration in a Quasi-Kagome Antiferromagnet YbAgGe by Au Substitution2014

    • Author(s)
      K. Umeo, H. Kubo, T. Onimaru, K. Katoh, T. Takabatake
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 3 Pages: 014005-1-6

    • DOI

      10.7566/JPSCP.3.014005

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] カゴ状化合物Pr1-xLaxIr2Zn20の超伝導と四極子秩序2015

    • Author(s)
      松本圭介,鬼丸孝博,脇舎和平,梅尾和則,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] カゴ状化合物PrIr2Zn20の四極子近藤格子に対するGa置換効果2015

    • Author(s)
      上西和登,松本圭介,脇舎和平,鬼丸孝博,梅尾和則,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] Pr内包カゴ状化合物PrOs2Zn20の超伝導特性2015

    • Author(s)
      脇舎和平,松本圭介,長澤直裕,鬼丸孝博,梅尾和則,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] PrRh2Zn20の輸送係数の試料依存性2015

    • Author(s)
      吉田太地,町田洋,井澤公一,島田祐樹,長澤直裕,鬼丸孝博,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 5d電子・正孔をドープした反強磁性近藤半導体CeOs2Al10の熱電能2015

    • Author(s)
      山田義大,川端丈,鬼丸孝博,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] PrRh2Zn20の反強四極子秩序と超伝導転移に対するCoおよびIr置換効果2015

    • Author(s)
      島田祐樹,鬼丸孝博,長澤直裕,脇舎和平,松本圭介,梅尾和則,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] Pr1-2-20系の非磁性基底二重項を舞台とした多彩な強相関電子物性2015

    • Author(s)
      鬼丸孝博
    • Organizer
      研究会「局所多自由度の相関が創出する新物性」
    • Place of Presentation
      愛媛大学理学部
    • Year and Date
      2015-02-02 – 2015-02-03
  • [Presentation] Pr1-2-20系における多極子自由度が誘起する多彩な強相関電子物性2014

    • Author(s)
      鬼丸孝博
    • Organizer
      東京大学物性研究所 短期研究会
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所
    • Year and Date
      2014-10-10 – 2014-10-12
  • [Presentation] 逆ペロブスカイトPrRh3Cの非磁性基底状態2014

    • Author(s)
      山口智弘,脇舎和平,松本圭介,後藤弘季,石井勲,鬼丸孝博,梅尾和則,鈴木孝至,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] カゴ状化合物PrIr2Zn20のΓ3基底状態に対するGa置換効果2014

    • Author(s)
      上西和登,松本圭介,鬼丸孝博,梅尾和則,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] カゴ状化合物ROs2Zn20(R=La, Ce, Pr, Nd)の磁性と伝導2014

    • Author(s)
      脇舎和平,松本圭介,長澤直裕,鬼丸孝博,梅尾和則,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] 5d電子・正孔をドープしたCeOs2Al10の熱電能2014

    • Author(s)
      山田義大,川端丈,鬼丸孝博,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] PrRh2Zn20のラマン散乱II2014

    • Author(s)
      荻田典男,脇舎和平,長谷川巧,宇田川眞行,長澤直裕,松本圭介,鬼丸孝博,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] 非磁性基底二重項をもつPrIr2Zn20の磁場中比熱測定による四極子近藤効果の検証2014

    • Author(s)
      鬼丸孝博,松本圭介,梅尾和則,橘高俊一郎,荒木幸治,榊原俊郎,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] PrIr2Zn20における非フェルミ液体的挙動と温度・磁場相図2014

    • Author(s)
      町田洋,吉田太地,井澤公一,長澤直裕,松本圭介,鬼丸孝博,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] 四極子自由度を持つPrRh2Zn20の特異な輸送特性2014

    • Author(s)
      吉田太地,町田洋,井澤公一,島田祐樹,長澤直裕,鬼丸孝博,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] PrIr2Zn20の超伝導転移と四極子転移の圧力効果2014

    • Author(s)
      梅尾和則,菅野雄介,松本圭介,鬼丸孝博,高畠敏郎,松林和幸,上床美也
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] Pr1-xLaxIr2Zn20における超伝導転移と四極子秩序の相関2014

    • Author(s)
      松本圭介,鬼丸孝博,脇舎和平,梅尾和則,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] PrT2Zn20 (T = Os, Ir)における磁気励起スペクトル2014

    • Author(s)
      岩佐和晃,大友優香,河村聖子,中島健次,鬼丸孝博,松本圭介,脇舎和平,高畠敏郎
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] カゴ状化合物RT2Zn20 (R=La, Pr, T=Ru, Ir)の低エネルギーフォノン2014

    • Author(s)
      脇舎和平,鬼丸孝博,筒井智嗣,松本圭介,長澤直裕,高畠敏郎,Alfred Q. R. Baron,長谷川巧,荻田典男,宇田川眞行
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学 春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] Quadrupolar ordered phases in a Pr-based superconductor PrT2Zn20 (T=Rh, Ir)2014

    • Author(s)
      T. Onimaru
    • Organizer
      13th German-Japanese symposium: Interplay of Spin-Orbital Degrees of Freedom in Strongly Correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      Ringberg, Germany
    • Year and Date
      2014-07-13 – 2014-07-16
    • Invited
  • [Presentation] Magnetic field induced quantum critical phenomena in a non- Kramers doublet system PrIr2Zn202014

    • Author(s)
      T. Onimaru, K. T. Matsumoto, K. Umeo, S. Kittaka, T. Sakakibara, T. Takabatake
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2014)
    • Place of Presentation
      Grenoble, France
    • Year and Date
      2014-07-07 – 2014-07-11
  • [Presentation] Superconducting properties of Pr1-xLaxIr2Zn202014

    • Author(s)
      K. Matsumoto, T. Onimaru, Y. Obayashi, K. Umeo, T. Takabatake
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2014)
    • Place of Presentation
      Grenoble, France
    • Year and Date
      2014-07-07 – 2014-07-11
  • [Presentation] Low-energy optical phonon modes in caged compounds RT2Zn20 (R: rare earth, T: transition metal)2014

    • Author(s)
      K. Wakiya, T. Onimaru, S. Tsutsui, K. T. Matsumoto, N. Nagasawa, T. Takabatake, A. Q. R. Baron, T. Hasegawa, N. Ogita, M. Udagawa
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2014)
    • Place of Presentation
      Grenoble, France
    • Year and Date
      2014-07-07 – 2014-07-11
  • [Presentation] Pressure induced heavy-fermion state in a caged superconductor PrIr2Zn202014

    • Author(s)
      K. Umeo, Y. Sugano, K. T. Matsumoto, T. Onimaru, K. Matsubayashi, Y. Uwatoko, T. Takabatake
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2014)
    • Place of Presentation
      Grenoble, France
    • Year and Date
      2014-07-07 – 2014-07-11
  • [Presentation] Quadrupolar ordered phases in a Pr-based superconductor PrT2Zn20 (T=Rh, Ir)2014

    • Author(s)
      T. Onimaru
    • Organizer
      New Horizon of Strongly Correlated Physics (NHSCP2014)
    • Place of Presentation
      ISSP, The University of Tokyo, Kashiwa, Japan
    • Year and Date
      2014-06-25 – 2014-06-27
    • Invited

URL: 

Published: 2016-06-01  

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