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

• 研究課題/領域番号: 15740217
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 梅尾 和則 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 助手 (10223596)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円); 2004年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2003年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
• キーワード: 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

研究概要

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。

研究成果

• [雑誌論文] Pressure Effects on the Phase Transitions and Energy Gap in CeRhAs (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Umeo et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 71 ページ: 64110-64110
  • NAID: 120000879730
• [雑誌論文] Pressure- and field-induced magnetic instabilities in a heavy-fermion antiferromagnet Ce_7Ni_3 (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Umeo et al.
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds (印刷中)
• [雑誌論文] Pressure effect on successive magnetic transitions in a frustrated compound YbAgGe (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Umeo et al.
  • 雑誌名: Physica B (印刷中)
• [雑誌論文] Effects of magnetic field and pressure on the weak ferromagnetism of YbRhSb (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Muro et al.
  • 雑誌名: Physica B (印刷中)
• [雑誌論文] Non-Fermi-liquid behavior in CeRhBi and valence-fluctuating behavior in CeIrSb (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Sasakawa et al.
  • 雑誌名: Physica B (印刷中)
• [雑誌論文] Divalent State in YbGaGe : magnetic, thermal, transport and structural studies (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Muro et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 73 ページ: 1450-1452
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] Y.Muro et al.: "Heavy-fermion weak-ferromagnet YbRhSb"Physical Review B. 69. 020401(R) (2004)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)