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

2004 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 14340112
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)
• 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: 金子 耕士 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 (30370381) ; 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, 副主任研究員 (90354901) ; 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) ; 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, 研究員 (30370472) ; 大貫 惇睦 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (40118659)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• キーワード: ウラン / 中性子散乱 / 超伝導 / 強磁磁性 / 反強磁性 / 四極子 / 軌道 / ネプツニウム

研究概要

強磁性超伝導体の磁気変調の検出及び非弾性散乱実験の効率化のため分光器多重化を行い、位相空間を4次元的に測定できるxサークルを拡張した。
5f局在電子系U_3Pd_<20>Si_6の強磁性と反強磁性秩序の共存と磁気相図、高次の相互作用による新しい磁気構造とスピンフロップ転移の存在を高磁場実験により明らかにした。この物質の低エネルギー励起に準粒子による準弾性散乱を発見した。これは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有力な実験的証拠である。
重い電子系超伝導体PrOs_4Sb_<12>がΓ_1基底-重項とΓ_4励起三重項の準四重項状態を持ち、超伝導に隣接したOxyタイプの反強四極子秩序の存在を明らかにした。結晶場励起と結合した重い電子による準弾性散乱が、超伝導転移温度で結晶場励起と共に大きく変化することを発見した。分散からf電子間は四極子相互作用が本質であることを示した。強磁性揺らぎの探索を行っている。
5f電子遍歴反強磁性体U115及びNp115の研究を行った。これらの磁気構造が、電子構造によって敏感に変化し、軌道の自由度や磁性と四極子の相互作用の競合の影響を強く受けていることを示唆する結果を得た。
反転対称性のない重い電子系超伝導体CePt_3Siにおいて0.17μ_Bの静的な長距離反強磁性秩序と超伝導の共存を発見した。結晶場励起の測定から、立方晶Γ_8四重項状態が1meV分裂し、その分裂幅は近藤温度と同等のエネルギースケールである。この準四重項状態は磁性と四極子(軌道)の自由度を持つ。反転中心がないためp波超伝導は不利であるが、Ceの磁気モーメントが強磁性的な反転対称性の存在する底面でp波超伝導が実現している可能性を示唆した。単結晶の測定で準弾性散乱を秩序ベクトル近傍に観察したが、超伝導転移温度上下で大きな変化はなかった。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic structure and crystal field excitation in heavy fermion super conductor CePt_3Si (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Metoki et al.
  • 雑誌名: Physica B 359-361 ページ: 383-385
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetic excitations in the heavy fermion superconductor PrOs_4Sb_<12> (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Metoki et al.
  • 雑誌名: Physica B 359-361 ページ: 898-900
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neutron scattering study on 5f itinerant antiferromagnet UPdGa_5 (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Kaneko et al.
  • 雑誌名: Physica B 359-361 ページ: 1030-1032
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Pressure-induced superconductivity in UIr without inversion symmetry (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Akazawa et al.
  • 雑誌名: Physica B 359-361 ページ: 1138-1140
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetic structure of NpTGa_5(T:Fe,Co,Ni) (2005)
  • 著者名/発表者名: F.Honda et al.
  • 雑誌名: Physica B 359-361 ページ: 1147-1149
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Novel phase diagram of superconductivity and ferromagnetism in UGe_2 : a ^<73>Ge-NQR study under high pressure (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Kitaoka et al.
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens.Matter 17 ページ: 975-986
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetic excitations in the heavy fermion superconductor PrOs_4Sb_<12> (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Raymond et al.
  • 雑誌名: Physica B 359-361 ページ: 898-900
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic structure of NpTGa_5 (T : Fe, Co, Ni) (2005)
  • 著者名/発表者名: F.Honda et al.
  • 雑誌名: Physica B 359-361 ページ: 1147-1149
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Novel phase diagram of superconductivity and ferromagnetism in UGe_2 : a ^<73>Ge-NQR study under high pressure (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Kitaoka et al.
  • 雑誌名: J. Phys. : Condens. Matter 17 ページ: 975-986
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Structure and the Crystal Field Excitation in Heavy-Fermion Antiferromagnetic Superconductor CePt_3Si (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Metoki et al.
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens.Matter. 16 ページ: 207-212
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Excitations in Heavy-Fermion Superconductor PrOs_4Sb_<12> (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kuwahara et al.
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. Vol.73, No.6 ページ: 1438-1441
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neutron Scattering Study on the Field-Induced Antiferro-Quadrupolar Ordering in the Heavy Fermion Superconductor PrOs_4Sb_<12> (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Metoki et al.
  • 雑誌名: J.Magn.Magn.Mater. 272-276 ページ: 91-92
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Unusual Antiferromagnetic Properties Affected by Antiferroquadrapolar Interaction in TbB_2C_2 (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kaneko et al.
  • 雑誌名: J.Magn.Magn.Mater. 272-276 ページ: 375-376
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High Temperature Magnetic Properties of UIr Single Crystals (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Galatanu et al.
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan Vol.73 No.3 ページ: 766-767
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Pressure-induced Superconductivity in UIr (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Akazawa et al.
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan Vol.73 No.3 ページ: 3129-3134
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Heat-capacity anomalies at T sc and T^* in the ferromagnetic Superconductor UGe_2 (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Tateiwa et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 69 ページ: 180513(R)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The microscopic coexistence of superconductivity and ferromagnetism in UGe_2 : ^<73>Ge-NMR/NQR study (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Kotegawa et al.
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 272-276 ページ: 27-28
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High-quality single crystal growth of UGe_2 and URhGe (2004)
  • 著者名/発表者名: E.Yamamoto et al.
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 272-276 ページ: 171-172
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The microscopic coexistence of superconductivity and ferromagnetism in UGe_2:^<73> Ge-NMR/NQR study (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Kotegawa et al.
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 272-276 ページ: 27-28
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] High-quality single crystal growth of UGe_2 and URhGe (2004)
  • 著者名/発表者名: E.Yamamoto et al.
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 272-276 ページ: 171-172
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Structure and the Crystal Field Excitation in Heavy-Fermion Antiferromagnetic Superconductor CePt_3Si (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Metoki et al.
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter. 34 ページ: 207-212
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Excitations in Heavy-Fermion Superconductor PrOs_4Sb_<12> (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kuwahara et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 73 ページ: 1438-1441
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Neutron Scattering Study on the Field-Induced Antiferro-Quadrupolar Ordering in the Heavy Fermion Superconductor PrOS_4Sb_<12> (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Metoki et al.
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 272-276 ページ: 91-92
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Unusual Antiferromagnetic Properties Affected by Antiferroquadrupolar Interaction in TbB_2C_2 (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kaneko et al.
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 272-276 ページ: 375-376
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] High Temperature Magnetic Properties of UIr Single Crystals (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Galatanu et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 73 ページ: 766-767
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Pressure-induced Superconductivity in UIr (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Akazawa et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 73 ページ: 3129-3134
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Heat-capacity anomalies at T_<sc> and T^* in the ferromagnetic Superconductor UGe_2 (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Tateiwa et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 69 ページ: 180513(R)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Evidence for Magnetic-Field-Induced Quadrupolar Ordering in the Heavy-Fermion Superconductor PrOs_4Sb_<12> (2003)
  • 著者名/発表者名: M.Kohgi et al.
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. Vol.72 No.5 ページ: 1002-1005
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and Magnetic Properties of 5f-itinerant Antiferromagnet UPdGa_5 (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Ikeda et al.
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. Vol.72 No.10 ページ: 2622-2626
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neutron diffraction study of 5f itinerant antiferromagnet UPtGa_5 and UNiGa_5 (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Kaneko et al.
  • 雑誌名: Physica B 329-333 ページ: 510-511
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Excitations in an Itinerant 5f Antiferromagnet UPt_2Si_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Metoki et al.
  • 雑誌名: Acta Physica Polonica B 34 ページ: 979-982
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neutron Scattering Study on Magnetic Order and Magnetic Excitations of a Localized Uranium Compound U_3Pd_<20>Si_6 (2003)
  • 著者名/発表者名: Y.Koike et al.
  • 雑誌名: Acta Physica Polonica B 34 ページ: 1121-1124
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystal Structure, Magnetic Ordering, and Magnetic Excitation in the 4f-localized Ferromagnet CeAgSb_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Araki et al.
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 68 ページ: 024408-1-024408-9
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Large orbital magnetic moment and its quenching in itinerant uranium intermetallic compounds UTGa_5 (T:Ni,Pd,Pt) (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Kaneko et al.
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 68 ページ: 214419-1-214419-9
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Higher-order Collinear Interaction and Magnetic Excitation in the 5f Localized System U_3Pd_<20>Si_6 (2003)
  • 著者名/発表者名: J.Metoki et al.
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens, Matter 15 ページ: 1957-1963
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystal and Magnetic Structure in the Iuinerant 5f Antiferromagnet UCr_2Si_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: T.D.Matsuda et al.
  • 雑誌名: J.Phys : Condens, Matter 15 ページ: 2023-2027
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystalline Electric Field Excitations in CeAgSb_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Araki et al.
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens, Matter 15 ページ: 2179-2182
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Heat Capacity Anomaly at T^* in a Ferromagnetic Superconductor UGe_2^* (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Tateiwa et al.
  • 雑誌名: Acta Physica Polonica B 34 ページ: 515-518
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] De Haas-van Alphen Experiments Under Pressure in UGe_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: R.Settai et al.
  • 雑誌名: Acta Physica Polonica B 34 ページ: 725-728
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Evidence for Magnetic-Field-Induced Quadrupolar Ordering in the Heavy-Fermion Superconductor PrOs_4Sb_<12> (2003)
  • 著者名/発表者名: M.Kohgi et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 72 ページ: 1002-1005
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and Magnetic Properties of 5f-itinerant Antiferromagnet UPdGa_5 (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Ikeda et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 72 ページ: 2622-2626
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Excitations in an Itinerant 5f Antiferromagnet UPt_2S_<12> (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Metoki et al.
  • 雑誌名: Acta Physica Polonica B 34 ページ: 979-982
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Crystal Structure, Magnetic Ordering, and Magnetic Excitation in the 4f-localized Ferromagnet CeAgSb_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Araki et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 68 ページ: 024408 1-9
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Large orbital magnetic moment and its quenching in itinerant uranium intermetallic compounds UTGa_5(T : Ni, Pd, Pt) (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Kaneko et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 68 ページ: 214419 1-9
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Higher-order Collinear Interaction and Magnetic Excitation in the 5f Localized System U_3Pd_<20>Si_6 (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Metoki et al.
  • 雑誌名: J. Phys. : Condens, Matter 15 ページ: 1957-1963
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Crystal and Magnetic Structure in the Itinerant 5f Antiferromagnet UCr_2Si_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: T.D.Matsuda et al.
  • 雑誌名: J. Phys. : Condens, Matter 15 ページ: 1957-1963
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Crystalline Electric Field Excitations in CeAgSb_2 (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Araki et al.
  • 雑誌名: J. Phys. : Condens, Matter 15 ページ: 2179-2182
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Neutron Diffraction Study of Antiferromagnetic Order in UGa_3 under Pressure (2002)
  • 著者名/発表者名: M.Nakamura et al.
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.Sol. 68 ページ: 1193-1196
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetic and Fermi Surface Properties of UniGa_5 (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Tokiwa et al.
  • 雑誌名: Physica B 312-313 ページ: 294-296
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neutron Scattering Experiment on U_3Pd_<20>Si_6 I : Crystal and Magnetic Structures (2002)
  • 著者名/発表者名: N.Tateiwa et al.
  • 雑誌名: Physica B 312-313 ページ: 891-893
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neutron Scattering Experiment on U_3 Pd_<20>Si_6 II : Crystalline Electric Field and Spin Wave Excitations (2002)
  • 著者名/発表者名: N.Tateiwa et al.
  • 雑誌名: Physica B 312-313 ページ: 894-896
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Spin Wave Excitations in Single Crystalline U_3Pd_<20>Si_6 (2002)
  • 著者名/発表者名: N.Aso et al.
  • 雑誌名: Physica B 312-313 ページ: 897-898
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 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 (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Koike et al.
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. Vol.89 No.7 ページ: 077202 1-077202 4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Liquid-He-Free 10T Superconducting Magnet for Neutron Scattering (2002)
  • 著者名/発表者名: S.Katano et al.
  • 雑誌名: Appl.Phys.A 74(Suppl.) ページ: 270-272
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and Structural and Magnetic Properties of the Uranium Ternary Intermetallic Compound UCr_2Si_2 (2002)
  • 著者名/発表者名: T.D.Matsuda et al.
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 72 ページ: 122-130
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neutron Diffraction Study of Antiferromagnetic Order in UGa_3 under Pressure (2002)
  • 著者名/発表者名: M.Nakamura et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Sol. 63 ページ: 1193-1196
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic and Fermi Surface Properties of UNiGa_5 (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Tokiwa et al.
  • 雑誌名: Physica B 294-296 ページ: 312-313
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Neutron Scattering Experiment on U_3Pd_<20>Si_6 I : Crystal and Magnetic Structures (2002)
  • 著者名/発表者名: N.Tateiwa et al.
  • 雑誌名: Physica B B312-313 ページ: 891-893
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Neutron Scattering Experiment on U_3Pd_<20>Si_6 II : Crystalline Electric Field and Spin Wave Excitations (2002)
  • 著者名/発表者名: N.Tateiwa et al.
  • 雑誌名: Physica B 312-313 ページ: 894-896
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Structure, Phase Diagram, and a New Type of Spin-Flop Transition Dominated by Higher Order Interaction in a Localized 5f System U3Pd20Si6 (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Koike et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 89 ページ: 077202-1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Liquid-He-Free 10T Superconducting Magnet for Neutron Scattering (2002)
  • 著者名/発表者名: S.Katano et al.
  • 雑誌名: Appl. Phys. A [Suppl.] 74 ページ: 270-272
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and Structural and Magnetic Properties of the Uranium Ternary Intermetallic Compound UCr_2Si_2 (2002)
  • 著者名/発表者名: T.D.Matsuda et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 72 ページ: 122-130
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より