定荷重型加圧装置の開発とギャップ型セリウム化合物の相転移の研究

• Project/Area Number: 15740217
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 梅尾 和則 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 助手 (10223596)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2003: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: 定荷重型加圧装置 / 近藤半導体 / 構造相転移 / エネルギーギャップ / 熱膨張率 / 電気抵抗 / CeRhAs / 熱膨張

Research Abstract

本研究の目的は、試料の圧力が広い温度範囲で温度に依存しない定荷重方式の加圧装置を新たに開発し、CeRhAs単結晶試料の圧力下における電気抵抗、熱膨張、熱電能の温度変化の測定から、エネルギーギャップ形成機構と構造相転移との関連性を明らかにすることである。
定荷重方式の加圧装置としては、室温部分にある油圧ラムの発生した荷重を長さ約140cmのステンレス棒でクライオスタット内のピストン・シリンダー型圧力セルに伝える方式を採用した。目標とした実験条件は圧力:0〜3GPa、温度:1.5〜300K、磁場:0〜10Tである。オックスフォード社製の温度可変インサート(内径約50mm)に入れるため、装置の外形は42mmとした。また、加圧棒やガイドチューブの材料として、SUS304より引っ張り強度が60%以上高いステンレス鋼SUS304N2を使用した。これにより設計上の耐荷重は13トンとなった。実際、内径5mmのシリンダーを用いて室温で圧力発生実験を行ったところ、荷重8トンでほぼ3GPaの圧力が発生することがわかった。また、低温での圧力をSnの超伝導転移の圧力変化から評価し、1GPa以上では室温と低温での圧力が良く一致することを確かめた。
この装置を用いて、T_1=360K、T_2=235K, T_3=165Kで逐次構造相転移を示すCeRhAs単結晶試料の圧力下における電気抵抗、熱膨張を測定した。その結果、加圧とともにT_1は急増し、T_2とT_3は低下した。1.5GPa以上でT_2とT_3は消失し、それ以上の圧力ではT_4=100K付近に新たな1次転移が出現した。エネルギーギャップはT_4での転移の出現に伴い、急激に抑制された。このことはセリウムの4f電子と伝導バンドの混成によってギャップが形成される機構では説明できず、CeRhAsのギャップが構造相転移と密接に関連することを示唆する。これらの成果をPhysical Review Bに発表した。

Research Products

• [Journal Article] Pressure Effects on the Phase Transitions and Energy Gap in CeRhAs (2005)
  • Author(s): K.Umeo et al.
  • Journal Title: Physical Review B 71 Pages: 64110-64110
  • NAID: 120000879730
• [Journal Article] Pressure- and field-induced magnetic instabilities in a heavy-fermion antiferromagnet Ce_7Ni_3 (2005)
  • Author(s): K.Umeo et al.
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds (印刷中)
• [Journal Article] Pressure effect on successive magnetic transitions in a frustrated compound YbAgGe (2005)
  • Author(s): K.Umeo et al.
  • Journal Title: Physica B (印刷中)
• [Journal Article] Effects of magnetic field and pressure on the weak ferromagnetism of YbRhSb (2005)
  • Author(s): Y.Muro et al.
  • Journal Title: Physica B (印刷中)
• [Journal Article] Non-Fermi-liquid behavior in CeRhBi and valence-fluctuating behavior in CeIrSb (2005)
  • Author(s): T.Sasakawa et al.
  • Journal Title: Physica B (印刷中)
• [Journal Article] Divalent State in YbGaGe : magnetic, thermal, transport and structural studies (2004)
  • Author(s): Y.Muro et al.
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan 73 Pages: 1450-1452
• [Publications] T.Sasakawa et al.: "Structural and Electronic Interplay in the Gap Formation in CeRhAs_<1-x>Sb_x(0【less than or equal】x【less than or equal】1)"Journal of the Physical Society of Japan. Vol.73,No.1. 262-268 (2004)
• [Publications] K.Umeo et al.: "Successive Magnetic Transitions in a Frustrated Compounds YbAgGe"Journal of the Physical Society of Japan. Vol.73,No.3. 537-540 (2004)
• [Publications] Y.Muro et al.: "Heavy-fermion weak-ferromagnet YbRhSb"Physical Review B. 69. 020401(R) (2004)
• [Publications] M.Tsubota et al.: "Hole-doping and Pressure Effects on the Metal-Insulator Transition in Single Crystals of Y_<1-x>Ca_xTiO_3(0.37【less than or equal】x【less than or equal】0.41)"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 3182-3188 (2003)
• [Publications] E.Matsuoka et al.: "Magnetic and thermoelectric properties of Ce_2NiB_<10-δ>(δ〓0.3), a Ni-incorporated variant of CeB_6"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 2344-2349 (2003)