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軌道揺らぎが誘起する多極子系新奇量子状態の探求

研究課題

研究課題/領域番号 16H04011
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅱ
研究機関東京大学

研究代表者

松本 洋介  東京大学, 物性研究所, 助教 (90422443)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2016年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2016年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
キーワード軌道揺らぎ / 多極子 / 量子臨界現象 / 重い電子 / 熱膨張・磁歪測定 / 四極子近藤効果 / 非従来型超伝導 / 多極子秩序
研究実績の概要

本研究では、強い軌道揺らぎを有する非磁性籠状物質PrT2Al20(T = Ti, V)を対象に、「軌道揺らぎによる新奇な量子物性」の開拓を目的に研究を行った。特に、極低温度域におけるキャパシタンス法を用いた精密熱膨張・磁歪測定に着目して研究を進めた結果、PrTi2Al20の強四極子秩序に関して新たな知見を得ることができた。この強四極子秩序の秩序変数は、これまでのところ、4 T以上の磁場中における中性子散乱や核磁気共鳴により、O20であると考えられてきた。しかしながら、今回行った熱膨張・磁歪測定に加え、精密磁化測定、核磁気共鳴測定の結果から、低磁場の秩序変数はこれとは異なっており、[100]方向に数 Tの磁場中で、低磁場相から高磁場相へのクロスオーバーが生じていることが分かった。熱膨張・磁歪の異方性から、低磁場相の秩序変数はO20とO22が混じり合った状態である可能性が高い。さらに興味深いことに、このクロスオーバーが生じる磁場付近では、100 mK以下の極低温度域で熱膨張係数が低温に向かって急激に変化すると同時に、符号反転を示すことが分かった。一般に熱膨張係数の符号反転は何らかの量子臨界性点の存在を示唆するものと解釈される。極めて低い温度のみで確認される現象であること、さらにこの物質が増強核磁性を示すことを考慮すると、何らかの意味で核スピン系の寄与を捉えている可能性が高い。充填スクッテルダイトPrRu4P12では核スピンとf電子がカップルした多重項の存在が指定されているが、本研究では、このような核スピンとf電子の複合系における量子相転移を捉えた可能性があり非常に興味深い。今後は、これが本当に核スピンの寄与で理解できるのか、さらなる検証を進めると同時に、さらにここにf電子の軌道揺らぎが加わることでどのような量子状態が出現するのかといった新たな研究につなげたい。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Dimensional Reduction in Quantum Dipolar Antiferromagnets2016

    • 著者名/発表者名
      P. Babkevich, M. Jeong, Y. Matsumoto, I. Kovacevic, A. Finco, R. Toft-Petersen, C. Ritter, M. Mansson, S. Nakatsuji, and H.M. Ronnow
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      巻: 116 号: 19 ページ: 197202-197202

    • DOI

      10.1103/physrevlett.116.197202

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Low-Energy Excitations and Ground State Selection in Quantum Breathing Pyrochlore Antiferromagnet Ba3Yb2Zn5O112016

    • 著者名/発表者名
      T. Haku, K. Kimura, Y. Matsumoto, M. Soda, M. Sera, D. Yu, R. A. Mole, T.Takeuchi, S. Nakatsuji, Y. Kono, T. Sakakibara, L.-J. Chang,
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 93 号: 22

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.220407

    • NAID

      130006246720

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Multiband electronic transport in α-Yb1-x Sr x AlB4 [x = 0, 0.19(3)] single crystals2016

    • 著者名/発表者名
      H. Ryu, M. Abeykoon, E. Bozin, Y. Matsumoto, S. Nakatsuji and C. Petrovic
    • 雑誌名

      J. Phys. Condens. Matter

      巻: 28 号: 42 ページ: 42-42

    • DOI

      10.1088/0953-8984/28/42/425602

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Field Induced Quantum Criticality without Magnetism in alpha-YbAlB42016

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Matsumoto, A. Magata, Y. Shimura, T. Tomita, Robert Kuchler,Manuel Brando,S. Nakatsuji
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2016)
    • 発表場所
      Hangzhou, China
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PrT2Al20 (T = Ti, V)における多極子秩序と重い電子超伝導2016

    • 著者名/発表者名
      松本洋介
    • 学会等名
      J-Physics:多極子伝導系の物理 平成 28 年度領域全体会議
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2018-01-16  

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