2018 Fiscal Year Annual Research Report
構造不安定性の制御による非クラマース系多極子物質の開発とその圧力効果の研究
Publicly Offered Research
| Project Area | J-Physics: Physics of conductive multipole systems |
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| Project/Area Number |
18H04313
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
脇舎 和平 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 助教 (50781465)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | カゴ状化合物 / 多極子 / 構造相転移 / 非クラマース二重項 / 圧力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
立方晶PrT2X20 (T: 遷移金属, X = Cd, Zn, Al)では、結晶場基底状態が四極子と八極子の自由度のみをもつ非クラマース二重項となるため、これらの多極子自由度が関与する新奇物性が多数見出されてきた。一方で、このような条件を満たす化合物の数は非常に限られており、新物質の探索が強く求められていた。最近我々は、PrT2Zn20において３つあるZnサイトの内、１つのZnサイトのみをSnに置換した新たな立方晶Pr化合物PrRu2Sn2Zn18を発見し、結晶場基底状態が非クラマース二重項であることを見出した。本研究では、PrRu2Sn2Zn18について多極子が関与する物性を探索し、その磁場・圧力効果を調べる。これにより、多極子自由度から生じる新奇物性の磁場や圧力への応答に関する一般的性質を明らかにすることを目的とする。
本年度では、PrRu2Sn2Zn18の比熱・電気抵抗を2 K以下で測定した。約1.9 Kで多極子秩序に起因すると思われる電気抵抗の折れ曲がりと比熱のとびの観測に成功した。また、同型のセリウム化合物CeRu2Sn2Zn18について物性測定を行い、この系が価数揺動系であることを見出した。この結果は、CeRu2Sn2Zn18では、伝導電子と4f電子の混成(c-f混成)が同型のCeRu2Zn20よりも強いことを示す。そのため、PrRu2Sn2Zn18でも強いc-f混成が存在する可能性がある。さらに、新たな立方晶Pr化合物を探索するため、PrRu2Zn20にInを置換した化合物を合成した。単結晶X線構造解析から、Sn置換系と同様にInは特定のZnサイトに置換され、新たな四元化合物PrRu2In2Zn18が得られていることが示唆された。さらに2 K以上での比熱・磁化測定からPrRu2In2Zn18の結晶場基底状態が非クラマース二重項であることが明らかになった。
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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
本年度では、合成した試料の純良性を電気抵抗測定により評価するため、GM冷凍機を設置した。この冷凍機の仕様決定に想定よりも時間を要したため、2018年度で計画していた試料の純良性向上については、研究計画よりも遅れが生じている。一方で、PrRu2Sn2Zn18について、研究協力者との電気抵抗・比熱測定から多極子秩序によると思われる異常の観測に成功した。また、PrRu2Zn20にInを置換すると、PrRu2Sn2Zn18と同じ結晶構造をもつ新たな四元化合物PrRu2In2Zn18が得られ、その結晶場基底状態が非クラマース二重項であることが明らかになった。これらの成果は、2018年度の研究計画に沿ったものであり、順調に研究が進んでいると言える。このため、現段階での進捗状況をおおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画よりも多少の遅れが生じているものの、現段階では想定通りの成果が得られつつあるため研究計画に大きな変更はない。2019年度では、PrRu2Sn2Zn18とPrRu2In2Zn18の純良化を進め、ドハース・ファンアルフェン効果測定や高圧力・磁場下での電気抵抗・比熱測定を行う予定である。
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