ウランカルコゲナイドの全磁場領域における電子状態に関する微視的研究（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 16KK0106
• 研究種目: 国際共同研究加速基金（国際共同研究強化）
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 酒井 宏典 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (80370401)
• 研究期間 (年度): 2017 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
• キーワード: ウランカルコゲナイド / 核磁気共鳴 / 物性実験

研究成果の概要

高温で半金属、低温でナローギャップ半導体となるウランカルコゲナイドβ-US2について、核磁気共鳴(NMR)法を用いて電子状態について調べた。この化合物は、低温強磁場中で半金属的伝導性が復活することが知られていたが、NMR実験の結果、バンドギャップは強磁場中でも閉じておらず、RKKY相互作用を通じて周辺局在スピン偏極を纏った少数キャリヤーが磁場中で動きやすくなった「磁気ポーラロンモデル」で説明できることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ウランカルコゲナイドβ-US2の低温状態は「磁気ポーラロン」半導体の理想形と考えられる。「磁気ポーラロン」とは少数キャリヤーがRKKY相互作用を通じて局在スピン偏極を周辺誘起した状態である。本研究によってβ-US2で得た磁気ポーラロンに関する微視的知見によって、希土類カルコゲナイド研究の再興や新しい磁性半導体創製への指針が得られるものと期待する。

研究成果

• [国際共同研究] フロリダ州立大学国立強磁場研究所（NHMFL）(米国) (2018)
• [国際共同研究] ロスアラモス国立研究所（LANL）(米国) (2017)
• [雑誌論文] 33S Nuclear Magnetic Resonance Spectra of Uranium Disulfide β-US2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakai Hironori、Tokunaga Yo、Haga Yoshinori、Kambe Shinsaku、Ramakrishna Sanath K.、Reyes Arneil P.、Rosa Priscila F. S.、Ronning Filip、Thompson Joe D.、Fisk Zachary、Bauer Eric D.
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011169
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Field-angular Dependence of Pairing Interaction in URhGe: Comparison with UCoGe (2020)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga Yo、Aoki Dai、Mayaffre Hadrien、Kramer Steffen、Julien Marc-Henri、Berthier Claude、Horvatic Mladen、Sakai Hironori、Kambe Shinsaku、Hattori Taisuke、Araki Shingo
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 30 ページ: 011037-011037
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011037
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Superconducting Properties of Heavy Fermion UTe2 Revealed by 125Te-nuclear Magnetic Resonance (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamine Genki、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Tokunaga Yo、Sakai Hironori、Kambe Shinsaku、Nakamura Ai、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li Dexin、Honda Fuminori、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 11 ページ: 113703-113703
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.113703
  • NAID: 40022062620
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 125Te-NMR Study on a Single Crystal of Heavy Fermion Superconductor UTe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga Yo、Sakai Hironori、Kambe Shinsaku、Hattori Taisuke、Higa Nonoka、Nakamine Genki、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Nakamura Ai、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li DeXin、Honda Fuminori、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 7 ページ: 073701-073701
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.073701
  • NAID: 40021949269
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pu239 nuclear magnetic resonance in the candidate topological insulator PuB4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Dioguardi A. P.、Yasuoka H.、Thomas S. M.、Sakai H.、Cary S. K.、Kozimor S. A.、Albrecht-Schmitt T. E.、Choi H. C.、Zhu J.-X.、Thompson J. D.、Bauer E. D.、Ronning F.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.035104
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] β-US2における33S核NMR (2019)
  • 著者名/発表者名: 酒井 宏典, 徳永 陽, 神戸 振作, A. P. Reyes, P. F. S. Rosa, J. D. Thompson, F. Ronning, E. D. Bauer
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会