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非磁性二重項の電気四極子が誘起する強相関量子現象に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 21J14456
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
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関広島大学

研究代表者

草ノ瀬 優香  広島大学, 先進理工系科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
200千円 (直接経費: 200千円)
2022年度: 100千円 (直接経費: 100千円)
2021年度: 100千円 (直接経費: 100千円)
キーワードプラセオジム化合物 / 電気四極子 / 四極子秩序 / 熱膨張 / 四極子感受率
研究開始時の研究の概要

4f2配位をとる希土類プラセオジム(Pr)イオンを含む金属間化合物では,伝導電子と非磁性基底二重項の電気四極子の混成による2チャンネル近藤効果の発現が予言されている。しかし,非磁性二重項をとる系はごく少数に限られていたため,その確証には至っていない。そこで本研究では,最近我々が非磁性基底二重項をとることを見出した立方晶PrXNi4(X=Mg, Cd)およびカゴ状化合物PrNi2Mg20の単結晶を育成する。比熱,電気抵抗率,磁化,熱電能の測定ならびに中性子散乱実験により,四極子の秩序変数を決定し揺らぎを観測する。四極子が関与する新規現象を見出し,その系統的な特徴を捉え,発現機構を明らかにする。

研究実績の概要

本研究では,非磁性基底二重項をとる新たな立方晶プラセオジム(Pr)化合物を探索し,四極子と伝導電子の相互作用による物性を系統的に捉えることを目的として,以下の2つの項目に着目して研究を行った。
(1)Prの副格子がfcc構造をとるPrMgNi4の単結晶を作製し,物性測定を行った。私たちのこれまでの研究では,Prの結晶場基底状態は非磁性のΓ3二重項であるが,0.1 Kまで四極子秩序は観測されていない。そこで,0.3 Kまでの熱膨張と磁歪を測定した。得られる格子長の変化量ΔLから歪みはε≡ΔL/L0 となる。ゼロ磁場での熱膨張の温度変化では,5 K付近にブロードな山が現れる。これは,比熱で観測された二重項-三重項のSchottky異常と整合する。εの磁場に対する二階微分と四極子感受率χQは比例関係にあることから,温度を変えながら磁歪を測定することで四極子感受率の温度依存性を評価できる。磁歪係数dε/dBの0.6 T以下の傾きから,χQの温度変化は,磁場B || [100]では5 K以下で低温に向かって発散的に減少し, B || [111], T > 2 Kでは一定値に収束する。これは, 0.3 KまでΓ3型の四極子自由度が活性であることを示している。また, χQの増大は0.7 K以下で抑制されていることから四極子が凍結していると考えられる。
(2)PrMgNi4と同型のPrCdNi4 を作製し,単結晶試料を初めて得た。私たちのグループによるこれまでの研究で,比熱の1 K付近に,相転移によるピークを観測し,電気抵抗率においても1 K付近に肩の異常を観測した。磁場による変化が小さいことから四極子の長距離秩序であると考えられる。日本原子力研究開発機構で中性子散乱実験を行い,転移温度の上下で強度差は誤差範囲内であった。よって,1 K付近の相転移は磁気転移ではないことを確かめた。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Observation of thermodynamics originating from a mixed-spin ferromagnetic chain2022

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi H.、Furuya S. C.、Morota S.、Shimono S.、Kawakami T.、Kusanose Y.、Shimura Y.、Nakano K.、Hosokoshi Y.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 号: 10

    • DOI

      10.1103/physrevb.106.l100404

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and study of transport and magnetic properties of magnesium cage compounds RNi2Mg20 (R= Pr and Nd)2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Kusanose、T. Onimaru、Y. Yamane、K. Umeo、T. Takabatake
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 894 ページ: 162361-162361

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2021.162361

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inelastic neutron scattering study of crystalline electric field excitations in a cubic compound PrMgNi42022

    • 著者名/発表者名
      Y. Kusanose、T. Onimaru、Y. Yamane、K. Umeo、T. Takabatake、T. Guidi、D. Le、D. T. Adroja
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 2164 号: 1 ページ: 012052-012052

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2164/1/012052

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetic refrigeration down to 0.2 K by heavy fermion metal YbCu4Ni2022

    • 著者名/発表者名
      Shimura Yasuyuki、Watanabe Kanta、Taniguchi Takanori、Osato Kotaro、Yamamoto Rikako、Kusanose Yuka、Umeo Kazunori、Fujita Masaki、Onimaru Takahiro、Takabatake Toshiro
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 131 号: 1 ページ: 013903-013903

    • DOI

      10.1063/5.0064355

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 非磁性基底二重項をとる立方晶PrMgNi4の磁歪測定による四極子感受率の評価2023

    • 著者名/発表者名
      草ノ瀬優香,志村恭通,鬼丸孝博
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ミックス型強磁性スピン鎖における低温物性2023

    • 著者名/発表者名
      師田慧, 山口博則, 細越裕子, 古谷峻介, 下野聖矢, 川上貴資, 草ノ瀬優香, 志村恭通
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Quadrupole phase transition in a cubic 4f 2 compound PrCdNi4 with a non-Kramers doublet ground state2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Kusanose, T. Onimaru, Y. Shimura, K. Umeo, T. Takabatake
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quadrupole phase transition in a cubic 4f 2 compound PrCdNi4 with a non-Kramers doublet ground state2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Kusanose, T. Onimaru, Y. Shimura, K. Umeo, T. Takabatake
    • 学会等名
      29th International Conference on LOW TEMPERATURE PHYSICS 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 希土類内包カゴ状化合物PrNi2Mg20の非磁性基底二重項による低温物性2021

    • 著者名/発表者名
      草ノ瀬優香, 鬼丸孝博, 山根悠, 梅尾和則, 高畠敏郎
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Inelastic neutron scattering study of crystalline electric field excitations in PrMgNi42021

    • 著者名/発表者名
      Y. Kusanose, T. Onimaru, K. Umeo, T. Takabatake
    • 学会等名
      Rare Earth Workshop 2021 (REWS2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inelastic neutron scattering study of a nonmagnetic degenerated ground state in a cubic compound PrMgNi42021

    • 著者名/発表者名
      Y. Kusanose, T. Onimaru, Y. Yamane, K. Umeo, T. Takabatake, T. GUIDI, D. Le, D. T. Adroja
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2020)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      https://sites.google.com/view/kusanose/%E5%85%AC%E8%A1%A8%E8%AB%96%E6%96%87

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 広島大学大学院先進理工系科学研究科 磁性物理学研究室

    • URL

      https://adsmmag.hiroshima-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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