希土類化合物における超音波を用いた極低温、強磁場下での弾性特性の研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13740195
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 研究機関: 岩手大学
• 研究代表者: 中西 良樹 岩手大学, 工学部, 助手 (70322964)
• キーワード: スクッテルダイト化合物 / 層状Mn酸化物 / 結晶場基底状態 / 超音波 / 弾性定数 / 四重極モーメント / 四重極近藤効果 / 巨大磁気抵抗

研究概要

本研究は希土類または遷移金属を中心とした化合物の極低温、強磁場下での物性研究について行ったものである。特に超音波を用いた位相比較法により弾性定数の測定を行い希土類の4f電子状態、遷移金属の3d電子状態を磁気特性、弾性特性から評価している。一般式ReTr_4X_<12>(Re:希土類、Tr:遷移金属、X:プニクトゲン)で記述されるスクッテルダイト型化合物について、これまでにLaFe_4P_<12>、PrFe_4P_<12>、NdFe_4P_<12>そしてLaRu_4Sb_<12>、CeRu_4Sb_<12>、PrRu_4Sb_<12>、について弾性定数の測定を行ってきた。希土類、遷移金属化合物で出現する多彩な物性の起源を明らかにするために磁性イオンの基底状態を明らかにすることは大変重要である。そして弾性定数の測定はその基底状態を大きく反映した異常を示す。これまでに以下のことが明らかになっている。LaFe_4P_<12>の弾性定数はC_<11>、(C_<11>-C_<12>)/2、C_<44>で降温とともに単調に増加し通常の振る舞いを示す。超伝導転移温度3.2Kで弾性異状は殆ど見られない。PrFe_4P_<12>については(C_<11>-C_<12>)/2に低温で弾性定数に軟化が観測され4f基底状態がΓ_3であることを決定し、磁場中で弾性定数の特異な振る舞いを観測し、この系において四重極近藤効果が存在していることを指摘し、またこの効果が外部磁場に著しく影響を受けることを明らかにした。NdFe_4P_<12>においては強磁性転移温度1.9K近傍で全ての弾性定数に軟化が観測され、Ndの基底状態をΓ_8四重項であることを明らかにした。またLaRu_4Sb_<12>、PrRu_4Sb_<12>については全ての弾性定数において降温とともに単調に増加する振る舞いを見せる。両物質とも超伝導転移をそれぞれ3.2K、1.0Kで示すがLaFe_4P_<12>同様、顕著な異状は弾性定数には観測されなかった。またPrRu_4Sb_<12>については低温でPrイオンの結晶場基底状態に起因する軟化が全ての弾性定数にて観測されなかったことからΓ_1一重項基底状態であることを明らかにした。CeRu_4Sb_<12>については60K付近でその電気抵抗が近藤効果に起因すると考えられる温度で急激に減少し、その帯磁率も大きくキュリー則から逸脱する。この温度で弾性定数に僅かな変化が観測された。Ceの結晶場基底状態に起因した顕著な弾性異常も観測されておらずCeの価数が揺動しているという報告もあることから基底状態が安定していない可能性がある。
また遷移金属化合物については層状Mn酸化物La_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7の研究を行い、Srの濃度変化、つまりホール濃度の一連の変化(濃度系列)によるMnの3d電子状態の変化について、バンド幅、結晶場分裂、重なり積分をもとにモデル化しその妥当性を評価した。
以上がこれまでの研究中間報告である。

研究成果

• [文献書誌] Y.Nakanishi et al.: "Elastic constants of PrFe_4P_<12> in magnetic fields"Phys. Rev. B. 63. 184429 (2001)
• [文献書誌] Y.Nakanishi et al.: "Elastic properties of NdFe_4P_<12>"Physica B. (in press). (2002)
• [文献書誌] Y.Nakanishi et al.: "Elastic properties of filled skutterudite compounds"I. Phys. Soc. Jpn. (Suppl.). (in press). (2002)
• [文献書誌] A.Imaduddin, Y.Nakanishi et al.: "Sound velocity measurement of La_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7 single crystal"Physica B. (in press). (2002)
• [文献書誌] A.Imaduddin, Y.Nakanishi et al.: "Elastic properties of single crystalline LaSr_2Mn_2O_7"Physica B. (in press). (2002)
• [文献書誌] A.Imaduddin, Y.Nakanishi et al.: "Eflastic properties of bilayer manganite La_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7"Physica B. (in press). (2002)