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軌道依存型混成によるf電子の秩序化と価数揺らぎの理論的研究

公募研究

研究領域J-Physics:多極子伝導系の物理
研究課題/領域番号 16H01069
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関琉球大学

研究代表者

椎名 亮輔  琉球大学, 理学部, 教授 (30326011)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード近藤格子 / サマリウム化合物 / 多極子 / 電荷秩序 / 重い電子 / 磁性 / 金属絶縁体転移 / 磁場 / 強相関電子系 / 近藤効果 / 希土類化合物 / 電子軌道 / cf混成 / 価数ゆらぎ / 希土類 / スクッテルダイト / 結晶場 / 軌道秩序
研究実績の概要

(1)SmRu4P12の理論
近年、この物質で知られていた磁場中の複雑な物性が、磁性および電荷秩序の混合状態の形成によるものであることが分かってきた。当年度は、反強磁性絶縁相からのキャリアドーピング効果を想定し、伝導バンドがノンハーフフィルドの場合の平均場解析を、まずは簡単化された状態密度を仮定して行なった。ハーフフィルドでは、基底状態において、通常の反強磁性が常に安定化するが、結晶場分裂が比較的強いとき、微量のホールドーピングによって磁性電荷混合相が現れることが分かった。その起源として、混合相が、ノンハーフフィルドでは電荷分布の強い不均一性を生ずることで安定化していることが分かった。
(2)中間希土類化合物における価数揺らぎの解析
SmOs4Sb12やSmTa2Al20などのSm化合物の最近の実験研究から、これらの系では、低温比熱係数がγ~1 [J/mol*K^2]にも達する重い電子が形成されるにも拘らず、その磁場変化がほとんど見られない異常な電子状態が現れることが分かってきた。当年度は、前年度に引き続き、こうしたSm系の特徴を考慮した2軌道不純物アンダーソンモデルに対して、数値くり込み群を用いた解析を行なった。2価のf6状態が多体一重項(J=0)であることを反映して、局在一重項状態と近藤状態との競合が生じ、その結果として、cf混成の変化に対して常に量子臨界点が発生することが分かった。そして、その臨界点の近傍では、ウィルソン比が非常に小さな重い電子状態すなわち磁場鈍感重い電子状態が現れることが数値的に示された。また、量子臨界点が2価3価の間の中間価数に見られることから、通常の局在近傍の重い電子状態とは異なることを指摘した。その上で、こうした理論計算の結果が、上記化合物のみならず、多くのSm系の複雑な実験結果を統一的に説明することを示すことができた。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Properties of Heavy Fermion in an Impurity Anderson Model with f2 Local Singlet Ground State2018

    • 著者名/発表者名
      Ryousuke Shiina
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 87 号: 1 ページ: 014702-014702

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.014702

    • NAID

      210000134673

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Studies on Valence Fluctuation and Orbital Occupancy in an Impurity Anderson Model with f2 Local-Singlet Ground State2017

    • 著者名/発表者名
      R. Shiina
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 86 号: 3 ページ: 034705-034705

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.034705

    • NAID

      210000134300

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Theory of Magneto-Transport in Spin-Charge Composite Order Phase of Sm Skutterudite2016

    • 著者名/発表者名
      R. Shiina
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 85 号: 12 ページ: 124706-124706

    • DOI

      10.7566/jpsj.85.124706

    • NAID

      40021031114

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Valence fluctuation and unconventional heavy fermion state in Sm compounds2018

    • 著者名/発表者名
      R. Shiina
    • 学会等名
      Emergent Condensed-Matter Physics 2018 (ECMP2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Sm化合物における価数揺動と磁場鈍感重い電子2017

    • 著者名/発表者名
      椎名亮輔
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Valence fluctuation and field-insensitive heavy fermion in Sm compounds2017

    • 著者名/発表者名
      R. Shiina
    • 学会等名
      International Workshop on Multipole Physics and Related Phenomena (J-Physics 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sm化合物における価数ゆらぎと磁場鈍感重い電子2017

    • 著者名/発表者名
      椎名亮輔
    • 学会等名
      琉大物性研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 近藤格子反強磁性体におけるスピン励起2016

    • 著者名/発表者名
      椎名亮輔
    • 学会等名
      第16回琉球物性研究会
    • 発表場所
      琉球大学西原キャンパス(沖縄県・西原町)
    • 年月日
      2016-11-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 一重項基底を有する不純物アンダーソンモデルにおける価数揺らぎと価数転移2016

    • 著者名/発表者名
      椎名亮輔
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 非弾性中性子散乱によるCe0.7La0.3B6の磁気励起に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      小栗真哉, 貝木隆仁, 桑原慶太郎, 伊賀文俊, 岩佐和晃, 金子耕士,椎名亮輔, 河村聖子, 中島健次, 横尾哲也, 伊藤晋一
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] スクッテルダイト系に見る軌道依存型混成と多極子状態の理論2016

    • 著者名/発表者名
      椎名亮輔
    • 学会等名
      新学術領域「多極子伝導系」理論討論会
    • 発表場所
      明治大学駿河台キャンパス(東京都・千代田区)
    • 年月日
      2016-06-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 磁場中のSmRu4P12における磁性-電荷複合秩序状態と異常な伝導特性の理論2016

    • 著者名/発表者名
      椎名亮輔
    • 学会等名
      新学術領域「多極子伝導系」全体会議
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-05-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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