充填スクッテルダイト構造に由来する新奇量子現象の解明

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15072203
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 榊原 俊郎 東京大学, 物性研究所, 教授 (70162287)
• 研究分担者: 石川 征靖 東京大学, 物性研究所, 教授 (70159705) ; 瀧川 仁 東京大学, 物性研究所, 教授 (10179575) ; 上田 和夫 東京大学, 物性研究所, 教授 (70114395) ; 松田 祐司 東京大学, 物性研究所, 助教授 (50199816) ; 上床 美也 東京大学, 物性研究所, 助教授 (40213524)
• キーワード: スクッテルダイト / 異方的超伝導 / 四重極秩序 / 中性子散乱 / 核磁気共鳴 / 磁気相図 / 非フェルミ液体 / 金属非金属転移

研究概要

1 スクッテルダイト超伝導体PrOs_4Sb_<12>の超伝導状態の磁場下における熱伝導度測定、中性子回折による磁束格子の観測の実験を行った。中性子回折の実験では2回対称をもった磁束格子を観測した。また極低温領域の熱伝導度の磁場依存性の測定からもPrOs_4Sb_<12>はノードを持った超伝導体であることを確認した。
2 反強四極子秩序および磁場誘起重フェルミオン状態を示すPrFe_4p_<12>に対して^<31>P核NMR測定を行い、以下の事実を明らかにした。(1)四極子転移に伴い磁場中でのNMRスペクトルが分裂する。この分裂は磁気双極子ではなく主として磁気八極子の反強成分による。(2)核磁気緩和率1/T_1は高磁場重フェルミオン相において顕著な磁場方位依存性を示す。特に磁場を<111>方向へ印加した場合に1/T_1が著しく増強され、非フェルミ液体的な基底状態の存在が示唆される。
3 PrFe_4P_<12>の[111]方向の磁化温度変化を100mKまで測定し、8T以上の高磁場領域に新たに相転移を発見し、この物質で観測されている非フェルミ液体的振舞いの機構の手がかりが得られた。また、PrRu_4P_<12>の磁化率を100mKまで測定した結果、およそ半分のPr^<3+>が磁気的な3重項基底状態を有することが分かった。
4 新しい強磁性近藤格子SmFe_4P_<12>のSmをLaで置換した系の帯磁率の測定から、近藤温度が約30Kと求められた。また、La置換によって強磁性が消失する近傍の常磁性領域で帯磁率の極大を見いだし、メタ磁性を予測し、強磁場て磁化測定を行った結果、実際に約25Tでメタ磁性が現れることを確認した。
5 スクッテルダイト化合物PrRu_4P_<12>の金属絶縁体転移について、理論的考察を行った。また、115系と呼ばれる重い電子系CeTIn_5(T=Ir and Co)、 PuCoGa_5およびNpCoGa_5について、その電子構造を明らかにし、磁性と超伝導の関連について議論した。

研究成果

• [文献書誌] K.Izawa et al.: "Multiple Superconducting Phases in New Heavy Fermion Superconductor PrOs_4Sb_<12>"Phys.Rev.Lett.. 90. 117001 (2003)
• [文献書誌] K.Kakuyanagi et al.: "Antiferromagnetic vortex core in Tl_2Ba_2CuO_<6+δ> studied by nuclear magnetic resonance"Phys.Rev.Lett.. 90. 197003 (2003)
• [文献書誌] A.Shibata et al.: "Anomalous Flux Flow Resistivity in Two Gap Superconductor MgB_2"Phys.Rev.B. 68. 060501 (2003)
• [文献書誌] Y.Nakajima et al.: "Normal-state Hall Angle and Magnetoresistance in quasi-2D Heavy Fermion CeCoIn_5 near a Quantum Critical Point."J.Phys.Soc.Jpn. 73. 5-8 (2003)
• [文献書誌] T.Tayama et al.: "Magnetic phase diagram of the heavy fermion superconductor PrOs_4Sb_<12>"J.Phys.Soc.Jpn. 72. 1516-1522 (2003)
• [文献書誌] D.T.Adroja et al.: "Investigation of the spin gap formation in a heavy fermion skutterudite compound CeRu_4Sb_<12>"Phys.Rev.B. 68. 094425 (2003)
• [文献書誌] I.Shirotani et al.: "Superconductivity of new filled skutterudite YFe_4P_<12> prepared at high pressure"J.Phys.Condens.Matter. 15. S2201 (2003)
• [文献書誌] N.Takeda et al.: "Ferromagnetic Kondo-lattice compound SmFe_4P_<12>"J.Phys.:Condens.Matter. 15. L229 (2003)
• [文献書誌] H.Harima et al.: "Origin of the Metal-Insulator Transition in PrRu_4P_<12>"Acta Physica Polonica B. 34. 1189-1192 (2003)
• [文献書誌] S.H.Curnoe et al.: "Quadrupolar ordering in half-integral spin systems"Physica B. 329-323. 474-475 (2003)
• [文献書誌] T.Maehira et al.: "Electronic Structure and Fermi Surface of PuCoGa_5 and NpCoGa_5"Phys.Rev.Lett.. 90. 207007-1-207007-4 (2003)
• [文献書誌] H.Aoki et al.: "Field-angle dependence of the zero-energy density of states in the unconventional heavy-fermion superconductor CeCoIn_5"J.Phys.Condens.Matter. 16. L13-L19 (2004)
• [文献書誌] T.Sakakibara et al.: "Liquid-gas transition in the spin-ice dysprosium titanate"J.Mag.Mag.Mater. (印刷中).
• [文献書誌] N.Takeda et al.: "Competition between Kondo effect and ferromagnetic interaction in skutterudite La_<1-x>Sm_xFe_4P_12"J.Magn.Magn.Mater. (印刷中).
• [文献書誌] D.T.Adroja et al.: "Study of the hybridization gap in a heavy fermion compound : CeRu_4Sb_<12>"J.Magn.Magn.Mater. (印刷中).