強磁性秩序と超伝導が共存する物質の中性子散乱による研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14340112
• 研究機関: 特殊法人日本原子力研究所
• 研究代表者: 目時 直人 特殊法人日本原子力研究所, 先端基礎研究センター, 主任研究員 (40343909)
• 研究分担者: 松田 達磨 特殊法人日本原子力研究所, 先端基礎研究センター, 博士研究員 ; 山本 悦嗣 特殊法人日本原子力研究所, 先端基礎研究センター, 副主任研究員 (50343934) ; 芳賀 芳範 特殊法人日本原子力研究所, 先端基礎研究センター, 研究員 (90354901) ; 大貫 惇睦 大阪大学, 大学院・理学部物理学科, 教授 (40118659)
• キーワード: ウラン / 中性子散乱 / 超伝導 / 四極子秩序

研究概要

強磁性超伝導体における磁気変調構造の検出および、非弾性散乱実験の効率化を目指して、分光器検出基部の多重化を進めた。今年度は、アナライザーを多重化、独立して駆動する機構そして、多重化分光器の回転基部の製作を行った。
5f局在電子系U_3Pd_<20>Si_6において、この物質が示す強磁性および反強磁性秩序の共存と、その磁気構造、磁気相図、そして、高次の相互作用によって生じる新しい磁気構造とスピンフロップ転移の存在を明らかにした。さらにこの物質の低エネルギー励起を丹念に測定し、重い電子系超伝導体UPd_2Al_3において観察されたと同じ、準粒子による準弾性散乱を発見した。この物質には局在5f電子が2つ存在し、Γ_5という状態を持つことが以前行われた結晶場励起の研究から明らかにされている。新たに発見された準弾性散乱は、2つの局在5f電子以外に、遍歴的な性格を持つ5f電子が存在することを示す非常に有力な実験的証拠と考えられ、5f電子状態の遍歴局在二重性を理解する上できわめて重要な成果が得られた。
5f電子遍歴反強磁性体U115の研究を行った。この物質は、重い電子系超伝導体Ce115や高温超伝導体Pu115と同じ結晶構造を示すが、その5f電子は強い遍歴性を示し、超伝導は観察されていない。中性子散乱実験の結果、その磁気構造が、軌道秩序の影響を強く受けていることを示唆する結果を得た。さらに磁気形状因子の測定から、この遍歴磁性体の磁性は軌道磁気モーメントが大きな寄与を持ち、5f電子の遍歴性の増加とともにその寄与が減少することが明らかになった。
ウランと同じ数のf電子を持つ重い電子系超伝導体PrOs_4Sb_<12>の超伝導槽に隣接する磁場誘起秩序相において、0.02ボーア磁子の反強磁性秩序が誘起され、これが、反強軌道秩序によること、そしてこの系の基底状態がΓ1一重項状態であることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Y.Tokiwa, et al.: "Neutron Scattering Study of the Crystal and Magnetic Structures in Itinerant-5f Antiferromagnets UNiGa 5 and UPtGa_5"Journal of Physical. Society. of Japan. 71. 725-728 (2002)
• [文献書誌] Y.Tokiwa, et al.: "Magnetic and Fermi surface properties of UNiGa_5"Physica B. 312-313. 294-296 (2002)
• [文献書誌] Y.Tokiwa, et al.: "Magnetic Properties of UNiGa_5 and UPtGa_5"Journal of Nuclear Science and Technology. Suppl.3. 210-213 (2002)
• [文献書誌] Y.Tokiwa, et al.: "Magnetic Structure, Phase Diagram, and a New Type of Spin-Flop Transition Dominated by Higher Order Interaction in a Localized 5f system U_3Pd_<20>Si_6"Physical Review Letters. 89. 077202-1-077202-4 (2002)
• [文献書誌] T.Matsuda, et al.: "Single Crystal Growth and structural and magnetic properties of the uranium ternary intermetallic compound UCr_2Si_2"Journal of Physical. Society. of Japan. 72. 122-130 (2003)
• [文献書誌] N.Metoki, et al.: "Magnewtic Excitations in an itinerant Antiferromagnet UPt_2Si_2"Acta Physica Polonica. 34. 979-982 (2002)
• [文献書誌] Y.Koike, et al.: "Neutron Scattering Study on Magnetic Ordering and Magnetic Excitations of a localized uranium compound U_3Pd_<20>Si_6"Acta Physica Polonica. 34. 1121-1124 (2002)
• [文献書誌] K.Kaneko, et al.: "Neutron Diffraction Study of 5f Itinerant Antiferromagnet UPtGa_5 and"Physica B. 329-333. 510-510 (2003)
• [文献書誌] K.Kohgi, et al.: "Evidence for Magnetic-field-induced Quadrupolar Ordering in the Heavy Fermion Superconductor PrOs_4Sb_<12>"Journal of Physical. Society. of Japan. 72. 1002-1005 (2003)