ネプツニウム化合物の純良単結晶育成とドハース効果による電子状態の解明

• 研究課題/領域番号: 17684015
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30359541)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 29,510千円 (直接経費: 22,700千円、間接経費: 6,810千円); 2006年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円); 2005年度: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
• キーワード: ネプツニウム化合物 / ドハース・ファンアルフェン効果 / フェルミ面 / 遍歴 / 局在 / 5f電子 / 重い電子状態 / 超ウラン化合物 / フラックス法

研究概要

酸化ネプツニウムNpO_2を原料としてNp金属を水溶液電解法で調製し、フラックス法および気相成長法によってネプツニウム化合物の純良単結晶を育成した。ドハース・フランアルフェン(dHvA)効果を観測することでネプツニウム化合物の5f電子状態を明らかにした。17種類の純良単結晶育成に成功した。
このうちNpPtGa_5は、重い電子系超伝導体PuRhGa_5と同じ正方晶の結晶構造を持つ新奇ネプツニウム化合物である。ネール点26Kで反強磁性秩序を示し、低温では大きな電子比熱係数を持ち、重い電子状態を形成する。dHvA効果の測定により、反強磁性状態で円柱状フェルミ面が存在することがわかった。サイクロトロン有効質量は17〜21m_0とNpTGa_5(Tは遷移元素)の中でも最も大きい。詳細な磁気相図を決定し、磁気モーメントがc面内を向いでいることを明らかにした。
また超ウラン化合物としては初のスクッテルダイト化合物、NpFe_4P_<12>の育成に成功した。キュリー点23Kで強磁性転移を示し、磁気モーメントは自由イオンの磁気モーメントの三分の一である。磁気モーメントの向きは立方晶の<100>方向を向いている。30K付近でなだらかな山を持つ特徴的な電気抵抗を示す半金属である。5f電子は局在して5f3の電子配置を持つ。伝導電子の数は偶数であり、電子の数と正孔の数が同数の補償金属である。ネプツニウム化合物の5f電子は一般に遍歴しており、NpFe_4P_<12>の特異な電子状態はスクッテルダイト化合物の特徴的なカゴ状構造によるものと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Fermi surface properties in an enhanced Pauli paramagnet NpGe_3 (2007)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 雑誌名: Physica B 378-380 ページ: 978-980
• [雑誌論文] First single crystal growth of the transuranium filled-skutterudite compound NpFe_4P_<12> and its magnetic and electrical properties (2006)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 75
  • NAID: 110004777963
• [雑誌論文] Magnetic and Fermi surface properties in NpIn_3 (2006)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 74
  • NAID: 110004799221
• [雑誌論文] Magnetic properties and heavy electronic states in the antiferromagnet NpPtGa_5 (2006)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 75
  • NAID: 110004852779
• [雑誌論文] 超ウラン化合物NpGe3とNpRhGa5の5f電子状態 (2006)
  • 著者名/発表者名: 青木 大
  • 雑誌名: 固体物理 41・2 ページ: 75-84
  • NAID: 40007154190
• [雑誌論文] de Haas-van Alphen effect in NpCoGa5 (2005)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 雑誌名: Physica B 359 ページ: 1084-1086
• [雑誌論文] Quasi-two-dimensional Fermi surfaces in the Flat antiferromagnetic Brillouin zone of NpRhGa5 studied by dHvA experiments and energy band calculations (2005)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens.Matter 17
• [雑誌論文] Itinerant 5f electrons and the Fermi surface properties in an enhanced Pauli paramagnet NpGe3 (2005)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 74・8 ページ: 2149-2152
  • NAID: 210000105567