Prスクッテルダイト化合物における重い電子状態の究明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13640369
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: 青木 勇二 東京都立大学, 理学研究科, 助手 (20231772)
• キーワード: 強相関電子系 / 重い電子状態 / 充填スクッテルダイト / 比熱 / 重い電子超伝導体 / 四極子秩序 / トンネル微分抵抗測定

研究概要

1.Prをベースとする化合物では初めての重い電子状態を示す充填スクッテルダイト化合物PrFe_4P_<12>の電子状態を各種の実験手法により調べ、以下のことを明らかにした。
(1)低温低磁場で現れる異常な秩序状態は基本的に非磁性であることを、中性子散乱、μSR、核比熱の実験により示した。結晶場効果を見積ることにより、これが四極子秩序である可能性が高いことを指摘した。単結晶試料を用いた実験により、その相図の異方性を明らかにした。磁場中比熱の結果を、Ce近藤格子系でよく使用される「共鳴準位モデル」を用いて解析し、重い電子状態を特徴付けるエネルギースケール(近藤温度)を求めた。
(2)本系のLa部分置換効果を調べた。置換により、上記の秩序状態は急速に破壊され、零磁場でも重い電子状態が回復することがわかった。このことは、四極子秩序と重い電子状態が互いに競合していることを明白に示している。さらに、置換により磁気転移が誘起されることを見出し、Prイオン間には四極子相互作用以外に強磁性的相互作用が働いていることを明らかとした。今後、さらにPr低濃度領域を調べ、Prイオン単サイトの物性を調べていく必要がある。
2.PrOs_4Sb_<12>がPr化合物としては初めての重い電子超伝導体であることが本年度見出された。早速、単結晶試料を用いて本系の研究をスタートした。超伝導転移の背景に存在する異常な磁気励起を調べ、単純に結晶場効果で説明がつかないことがわかった。さらに磁場中比熱測定により、高磁場領域で新たな磁場誘起相転移の兆候を発見した。
3.ポイントコンタクト型トンネル微分抵抗測定装置の開発を進めた。

研究成果

• [文献書誌] H.Sugawara: "Observation of heavy electrons in the filled skutterudite PrFe4_P_<12> via the de Haas-van Alphen effect"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 226-230. 48-50 (2001)
• [文献書誌] T.D.Matsuda: "Pressure effect on the magnetic properties in PrFe_4P_<12>"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 226-230. 66-67 (2001)
• [文献書誌] L.Keller: "Structural and magnetic properties of RFe_4P_<12> (R=Pr, Nd) studied by neutron diffraction"Journal of Alloys and Compounds. 323-324. 516-519 (2001)
• [文献書誌] Y.Aoki: "Anomalous Heavy-Fermion and Ordered States in Filled-Skutterudite PrFe4P12"Physical Review B. 65. 0644461-0644467 (2002)
• [文献書誌] Y.Aoki: "Nonmagnetic ordered state in heavy electron PrFe4P12 evidenced by specific heat"Physica B. (未定). (2002)
• [文献書誌] K.Abe: "Unusual behaviors in the heavy Fermion semimetal CeRu4Sbl2"Physica B. (未定). (2002)
• [文献書誌] T.Namiki: "La-substitution study on filled-skutterudite PrFe4P12"Physica B. (未定). (2002)
• [文献書誌] K.Iwasa: "Crystal-Structure Modulation in the Anomalous Low-Temperature Phase of PrFe4P12"Physica B. (未定). (2002)
• [文献書誌] H.Sugawara: "De Haas-van Alphen Effect in the Filled Skutterudite CeRu4Sbl2"Physica B. (未定). (2002)
• [文献書誌] T.D.Matsuda: "De Haas-van Alphen Effect on PrRu4Sbl 12"Physica B. (未定). (2002)
• [文献書誌] Y.Aoki: "Anomalous ordered phase in 4f^2-based heavy electron PrFe4P12"Journal of Physics and Chemistry of Solids. (未定). (2002)