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強く結合したd+f電子系における異常物性の研究と高圧測定による起源解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KF0378
補助金の研究課題番号 21F21322 (2021-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2021-2022)
応募区分外国
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

辻井 直人  国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (90354365)

研究分担者 VALENTA JAROSLAV  国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
2022年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2021年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードd電子系 / f電子系 / 磁性 / 圧力 / 希土類化合物 / d電子系 / f電子系
研究開始時の研究の概要

3d電子による遍歴電子磁性と4f電子による価数揺動が同時に発現する場合に起こる、極めて特異な物性を、圧力下の各種測定により起源解明を行っている。二つの異なる性質をもった電子による磁性の競合は、全く新しい固体物理を開拓する可能性がある。特にYb化合物においては、圧力によって磁気秩序が誘起されやすい傾向があるのに対して、3d遍歴電子磁性は圧力で磁性が不安定化する特徴がある。このため、圧力下で両者のクロスオーバーが起こり、様々な量子臨界現象が発現することが期待される。本課題では典型的な例として、YbCo2やYbMn2Sb2に注目し、良質試料を用いた物性測定を圧力下や磁場中で行い、新奇な磁性を解明する。

研究実績の概要

秩序状態の形成と消失の臨界点近傍の物性は、固体物性の中心的課題の一つである。遷移金属化合物における遍歴電子磁性と、4f電子系における重い電子状態は、上記の点で興味深く、ともに大きな研究領域を形成している。理論的には共通の枠組みでとらえられることも多いが、実験的には、両者が同時に発現するような物質は極めて少ない。本課題では3d電子と4f電子が強く相関しあって、両者がともに磁性不安定性近傍に位置するような物質に対して、磁場や圧力などの外部パラメータを制御して新規な物性を開拓し、起源解明を目的として行うものである。特に我々はこれまで物性の詳しい研究がなされていなかったラーベス相化合物YbCo2に対して、良質バルク試料の作成に成功し、低温の物性を調べた。磁化率測定の結果、Ybはほぼ3価であり、Coも磁気モーメントを担っていることがわかった。比熱測定の結果、0.4 Kの低温まで磁気秩序が見られないが、7 J/mol K2を超える巨大な電子比熱を示すことが見出された。磁場を印加すると、磁気秩序のような異常が現れ、この異常は磁場の増加とともに高温側に移動しており、強磁性に類似していることがわかった。比熱の詳細な解析により、低温側の大きな電子比熱は結晶場を仮定した4f電子の寄与だけでは説明できないことがわかった。そのため強磁性秩序近傍の3d電子が4f電子と結合して生じた磁場誘起磁気秩序であることが示唆された。同様な異常な物性を開拓するために、スクテルダイト系に注目した。これまでにYbFe4Sb12で圧力や原子欠損によるYb価数転移とFe強磁性が観測されている。一方、YbxCo4Sb12ではYb価数は圧力の影響を受けず、ほぼ2価のままであった。さらにYbMn2Sb2、YbMn2Ge2、YbCuxなどについて圧力下分光を測定し、非常に興味深いYb価数転移がいくつかの物質で観測された。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 5件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] Charles University, Prague(チェコ)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] MGML, Charles University(チェコ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Magnetic properties and magnetocaloric effect of DyCo9Si42024

    • 著者名/発表者名
      N. Tsujii, A. Miyake, M. Tokunaga, J. Valenta, H. Sakurai
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 980 ページ: 173653-173653

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2024.173653

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Phase transitions and slow spin dynamics of slightly inverted A-site spinel CoAl2-xGaxO42023

    • 著者名/発表者名
      Naka T、Valenta J、Nakane T、Ishii S、Nakayama M、Mamiya H、Takehana K、Tsujii N、Imanaka Y、Matsushita Y、Abe H、Uchikoshi T、Yusa H
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 36 号: 12 ページ: 125801-125801

    • DOI

      10.1088/1361-648x/ad12fc

    • 関連する報告書
      2023 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] Evaluation of insulating behavior by Pb substitution and pressure-induced superconductivity in La2O2Bi3-xPb1+xS62023

    • 著者名/発表者名
      R. Jha, J. Valenta, N. Tsujii, T. Naka, T. Kawahata, C. Kawashima, H. Takahashi, T. Mori, Y. Mizuguchi
    • 雑誌名

      Superconductor Science and Technology

      巻: 36 号: 10 ページ: 105002-105002

    • DOI

      10.1088/1361-6668/aceeba

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unusually strong electronic correlation and field-induced ordered phase in YbCo22023

    • 著者名/発表者名
      J. Valenta, N. Tsujii, H. Yamaoka, F. Honda, Y. Hirose, H. Sakurai, N. Terada, T. Naka, T. Nakane, T. Koizumi, H. Ishii, N. Hiraoka, T. Mori
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 35 号: 28 ページ: 285601-285601

    • DOI

      10.1088/1361-648x/acca5a

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electronic and Crystal Structures of YbInCu4-based Compounds under Pressure2023

    • 著者名/発表者名
      H. Yamaoka, A. Ohmura, N. Tsujii, Y. Furue, H. Ishii, N. Hiraoka
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 号: 6 ページ: 064704-064704

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.064704

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Valence Transitions in Yb1+xIn1-xCu4 Studied by High-resolution X-ray Absorption Spectroscopy, X-ray Diffraction, and Photoelectron Spectroscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Yamaoka, Shunsuke Yamanaka, Ayako Ohmura, Naohito Tsujii, Jaroslav Valenta, Yusaku Furue, Hitoshi Sato, Hirofumi Ishii, Nozomu Hiraoka, Chishiro Michioka, Hiroaki Ueda, and Kazuyoshi Yoshimura
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 91 号: 12 ページ: 124701-124701

    • DOI

      10.7566/jpsj.91.124701

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Yb-Cu二元金属間化合物YbCux系における圧力誘起の大きな価数転移2024

    • 著者名/発表者名
      大村彩子, 山岡人志, 辻井直人, 石井啓文, 平岡望, 佐藤仁, 沢田正博
    • 学会等名
      日本物理学会 2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Massive electronic state and field-induced ordering in YbCo22024

    • 著者名/発表者名
      Naohito Tsujii, Jaroslav Valenta, Hitoshi Yamaoka, Fuminori Honda, Yusuke Hirose, Hiroya Sakurai, Takao Mori, Masashi Hase
    • 学会等名
      24th International Conference on Solid Compounds of Transition Elements
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] YbCo2の重い電子状態と磁場誘起相転移2023

    • 著者名/発表者名
      辻井直人、J. Valenta、山岡人志、本多史憲、廣瀬雄介、桜井裕也、寺田典樹、名嘉節、中根茂行、小泉尭嗣、石井啓文, 平岡望, 森孝雄
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] YbCo2の合成と物性2021

    • 著者名/発表者名
      J. Valenta, 辻井直人、桜井裕也、名嘉節、中根茂行、森孝雄
    • 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
  • [備考] Naohito Tsujii

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/tsujii_naohito/publications#presentation

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] Naohito Tsujii

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/tsujii_naohito

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] Jaroslav Valenta

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/valenta_jaroslav

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/tsujii_naohito

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-10-22   更新日: 2024-12-25  

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