多極子と伝導電子の混成効果とそれに基づく新規基底状態の実験的究明

• 研究課題/領域番号: 11J05912
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(実験)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 酒井 明人 東京大学, 物性研究所, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 四極子秩序 / 重い電子超伝導 / 量子臨界現象 / 四極子近藤効果 / 籠状化合物 / 近藤効果 / 非フェルミ液体 / 量子臨界点

研究概要

PrTi_2Al_<20>は常圧T_c=0.2Kで超伝導を示し、約8GPaの圧力下でT_c=1Kの重い電子超伝導となる。PrTi_2Al_<20>の基底状態に磁気モーメントの自由度はなく、四極子の揺らぎが関係している新しい超伝導の可能性があるが、低い転移温度と臨界磁場のため常圧においても詳細な超伝導特性が調べられていなかった。そこで、希釈冷凍機を用いて常圧低磁場でのSQUID磁化測定、比熱測定、La希釈系の電気抵抗率・交流磁化率測定、を行った。特にSQUID磁化測定に関しては、助教の松本洋介氏と協力して装置の立ち上げを行い、自らアクティブシールド付きマグネットやサンプルステージを作成して測定を行った。この装置により非常に感度のよい磁化測定が20mK<T<5Kの広い温度範囲で可能になった。また、これらの実験からPrTi_2Al_<20>がマルチバンドの超伝導体であり、四極子の混成により有効質量が増大したバンドが存在していると考えられることを示した。上記のような成果に加えて後輩の指導も行ない、PrV_2Al_<20>の純良化を行なうことでT_C=0.05Kで超伝導になることを発見した(preprint)。この超伝導はPrTi_2Al_<20>よりさらに重い有効質量を持ち、混成がより強く量子臨界点に近いことを示唆している。四極子秩序相内での電気抵抗率のふるまいは冪的p～T^3であり、四極子の遮蔽により重い電子状態が形成されている可能性を示唆している。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

9に示したのように目的としていたSQUID磁化測定装置の立ち上げとそれを用いたPrTi_2Al_20の磁化測定を行うことができたため。さらにはPrV_2Al_<20>の純良化と超伝導の発見という目的も達成されたため。

今後の研究の推進方策

PrV_2Al_<20>で見つかった超伝導は重い電子超伝導の可能性が高い。そのため比熱や磁化等を測定しそれを確認することは大変重要である。また四極子秩序の量子臨界点に近いと考えられるので、磁気熱量効果を計ってそれを確かめる。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic excitations and c-f hybridization effect in PrTi_2Al_<20> and PrV_2Al_<20> (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokunaga, H. Sakai, S. Kambe, A. Sakai, S. Nak atsuji, and H. Harima
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 ページ: 85124-85124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature Transport Properties of the Quadrupolar Kondo Lattice System PrTi_2Al_<20> (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai and S. Nakatsuji
  • 雑誌名: J. Korea Phys. Soc. 巻: 63 号: 3 ページ: 398-398
  • DOI: 10.3938/jkps.63.398
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence of a High-Field Phase in PrV2Al20 1n a[100]Magnetic Field (2013)
  • 著者名/発表者名: Y, Shimura, Y, Ohta, T, Sakakibara, A, Sakai, and S, Nakatsuji
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 号: 4 ページ: 43705-43709
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.043705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field Dependence of the Specific Heat in a Heavy-Fermion Superconductor CeIrIn5 (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, S, Kittaka. T, Sakakibara, A, Sakai, S, Nakatsuj i, Y, Tsutsumi, M, Ichioka, and K, Machida
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 号: Suppl.B ページ: SB014-SB014
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sb.sb014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low Temperature Properties of the Cubic Kondo Lattice Systems SmTr2A12O (Tr = Ti v Cr) (2012)
  • 著者名/発表者名: Akito Sakai and Satoru Nakatsuji
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 号: Suppl.B ページ: SB049-SB049
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sb.sb049
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Evidence for Long-Range Magnetic Ordering in the I 8 Ground Quartet Systems SmTr2A120 (Tr: Ti, V, Cr) (2012)
  • 著者名/発表者名: T, U, Ito, W, Higemoto, K. Ninomiya, A, Sakai, and S, Nakatsuji
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 号: Suppl.B ページ: SB050-SB050
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sb.sb050
  • 査読あり
• [雑誌論文] superconductivity in the rerroduadrupolar State in tne Quadrupolar Rondo Lattice PrTi2A120 (2012)
  • 著者名/発表者名: Akito Sakai, Kentaro Kuga, and Satoru Nakatsuji
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 号: 8 ページ: 83702-83706
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.083702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferroauadrupolar ordering in PrTi2A120 (2012)
  • 著者名/発表者名: T, J. Sato, S, Ibuka, Y, Nambu, T, Yamazaki, T. Hong, A. Sakai, S, Nakatsuji
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 号: 18 ページ: 184419-184427
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.184419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting gap structure of CeIrIn5 from field-angle-resolved measurements of its specific heat (2012)
  • 著者名/発表者名: 橘高俊一郎
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.060505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-Induced Heavy Fermion Superconductivity in the Nonmagnetic Quadrupolar System PrTi2A120 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Matsubayashi, T, Tanaka, A, Sakail, S, NakatsujiI, Y. Kubo, and Y, Uwatoko
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 187004-187009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal properties of the nonmagnetic cubic I 3 Kondo lattice systems PrTr2Al20 (Tr = Ti, V) (2012)
  • 著者名/発表者名: Akito Sakai and Satoru Nakatsuj
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser. 巻: 391 ページ: 12058-12062
  • DOI: 10.1088/1742-6596/391/1/012058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and physical properties of single crystal PrCr2A120 and CeM2Al20 (M=V, Cr):Acompari sonofcompoundsadoptingtheCeCr2Al20 structure type (2012)
  • 著者名/発表者名: Michael J, Kangas, DevinC, Schmitt, Akito Sakai, Satoru Nakatsuji, JuliaY. Chan
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: 196 ページ: 274-281
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2012.06.035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kondo Effects and Multipolar Order in the Cubic PrTr2Al20 (Tr=Ti,V) (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Sakai, S.Nakatsuji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 80 号: 6 ページ: 63701-63701
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.063701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong valence fluctuation effects in SmTr2Al20 (Tr=Ti,V,Cr) (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Sakai, S.Nakatsuji
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 84 号: 20 ページ: 201106-201106
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.201106
  • 査読あり
• [雑誌論文] μSR Evidence of Nonmagnetic Order and 141Pr Hyperfine-Enhanced Nuclear Magnetism in the Cubic Γ3 Ground Doublet System PrTi2Al20 (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Ito, W.Higemoto, K.Ninomiya, H.Luetkens, C.Baines, A.Sakai, S.Nakatsuji
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 巻: 84 号: 11 ページ: 113703-113703
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.113703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kondo resonance in PrTi2Al20 : Photoemission spectroscopy and single-impurity Anderson model calculations (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Matsunami, M.Taguchi, A.Chainani, R.Eguchi, M.Oura, A.Sakai, S.Nakatsuji, S.Shin
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 84 号: 19 ページ: 193101-193101
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.193101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrasonic investigation on a cage structure compound PrTi2Al20 (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Koseki, Y.Nakanishi, K.Deto, G.Koseki, R.Kashiwazaki, F.Shichinomiya, M.Nakamura, M.Yoshizawa, A.Sakai, S.Nakatsuji
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 巻: 84 号: Suppl.A ページ: SA049-SA049
  • DOI: 10.1143/jpsjs.80sa.sa049
  • 査読あり
• [学会発表] Superconducting properties in ferroquadrupole ordered state of PrTi_2Al_<20> (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai, M. Tsujimoto, K. Kuga, E. C. T. O'Farrell, Y. Matsumoto, S Nakatsuji
  • 学会等名: SCES 2013
  • 発表場所: Univ. of Tokyo (東京都文京区)
  • 年月日: 2013-08-04
• [学会発表] 四極子近藤格子系PrTi2A120の超伝導特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 酒井明人, 辻本真規, E. C. T. 0 Farrell, 松本洋介, 中辻知
  • 学会等名: 日本物理学会 第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] 四極子近藤格子PrTr2A120 (Tr =Ti, V)における四極子秩序と超伝導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 酒井明人, 久我健太郎, E. C. T.O, Farrell 松本洋介, 柄木良友, 中辻知
  • 学会等名: 第6回 物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東京大学 浅野キャンパス
  • 年月日: 2012-11-28
• [学会発表] Kondo Effects and Multipole Orders in the cage compounds RTr2A120 (R=Pr and Sn. Tr = Ti, V, Cr (2012)
  • 著者名/発表者名: A, Sakai, K. Kuga, E, C, T, 0'Farrell, and Satoru Nakatsuji
  • 学会等名: 新学術領域研究「重い電子系の形成と秩序化」ワークショップ(カゴ状構造に宿る強相関物性)
  • 発表場所: 首都大学東京 南大沢キャンパス
  • 年月日: 2012-09-27
• [学会発表] 四極子近藤格子系PrTr2A120 (Tr=Ti, V)における極低温物性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 酒井明人, 久我健太郎, E, C, T.0, Farrell, 柄木良友, 中辻知
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] Anomalous hybridization effect in cubic Quadrupole system PrTr2A120 (Tr= Ti, V (2012)
  • 著者名/発表者名: A, Sakai, K. Kuga and SatoruNakatsuji
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism with Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2012-07-13
• [学会発表] PrTr2Al20(Tr=Ti,V)における四極子と伝導電子の特異な混成効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 酒井明人
  • 学会等名: 新学術領域研究「重い電子系の形成と秩序化」ワークショップ～超伝導、多極子の物理における最近の話題～
  • 発表場所: 物性研究所(招待講演)
• [学会発表] 四極子近藤物質PrV2Al20の磁場中輸送特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 酒井明人
  • 学会等名: 日本物理学会第67回
  • 発表場所: 関西学院大学,神戸
• [学会発表] PrTr2Al20(Tr=Ti,V)における四極子近藤効果の可能性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒井明人
  • 学会等名: 新学術領域研究「重い電子系の形成と秩序化」第3回全体研究会
  • 発表場所: 物性研究所
• [学会発表] Possible Quadrupolar Kondo effect in PrV2Al20 (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒井明人
  • 学会等名: TOKIMEKI2011
  • 発表場所: Univ.of Osaka
• [学会発表] Kondo Effects and Multipolar Order in cubic・3 systems PrTr2Al20 (Tr=Ti,V) (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒井明人
  • 学会等名: SCES2011
  • 発表場所: Cembridge, UK