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2015 年度 実施状況報告書

近藤半導体セリウム1-2-10系における異常な反強磁性秩序発現機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K05173
研究機関広島大学

研究代表者

世良 正文  広島大学, 先端物質科学研究科, 教授 (40196978)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード近藤半導体 / CeT2Al10 / 反強磁性秩序 / スピンギャップ / 電荷ギャップ / ジグザグ鎖 / 2次元性
研究実績の概要

近藤半導体はf電子系において一つのカテゴリーを形成し,古くから盛んに研究されている。従来の近藤半導体の基底状態は大きなc-f混成により非磁性であったが,2009年に発見された近藤半導体CeT2Al10 (T=Fe, Ru, Os)は,T=Ru, Osは,反強磁性秩序を示す初めての例として盛んに研究されている。これは近藤半導体をベースとした反強磁性秩序であり,多くの異常物性を示す。本研究では,これら異常物性の起源を明らかにすることを目的としているが,本年度においては,以下のような成果が上がった。
①CeRu2Al10のCeサイトをLa, Prで置換した系を調べた。
②CeRu2Al10のRuサイトをRhで置換した系の光学伝導度を調べた。40meVのc-f混成ギャップがわずか5%のRh置換で消失することを見出した。一方,反強磁性転移温度T0は27Kから24Kへとわずかな現象しか示さなかった。これから,CeRu2Al10の高いT0の起源へのc-f混成の寄与は小さいことが明らかになった。
③CeFe2Al10のCeイオンは価数揺動していること分かっており非磁性基地状態の近藤半導体である。ところがFeサイトをRhで置換すると,急速にCeの4f電子は局在的性質を示すようになることを見出した。これはTサイトのd電子数を変える置換になるが,Tサイトのd電子がこの系の磁気的性質を支配していることが明らかになった。
④CeT2Al10の参照物質として,SmRu2Al10の磁気輸送特性および高精度X線回折による磁気秩序の詳細を調べた。反強磁性転移は15Kと6Kの2つあること,磁気モーメントはb軸を向いていることを明らかにした。また,X線回折により,磁気秩序の波数の温度依存性の詳細を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

単結晶作(特に元素置換系)は順調に進んでいる。また,国際共同研究を含め,研究はおおむね順調に進んでいる。本年度は,従来の測定手段に加え,光学伝導度,高精度X線回折実験で大きな成果が上がった。本年度は論文をして公表に至っていないが,フランスLLB,英国アップルトン研究所における中性子散乱実験,理研・アップルトン研究所におけるμSR実験も順調に進んでおり,次年度には公表の予定である。

今後の研究の推進方策

本研究課題の反強磁性近藤半導体CeT2Al10の研究は,発見から7年が経ち,様々な角度から多くの実験が行われてきたが,異常な物性のミクロな起源は未だに解明されていない。このような状況を打破するためには,さらに違った角度からの研究が必要である。以下に今後の研究の推進策を述べる。①磁気励起の決定が最重要課題であり,大型単結晶による中性子非弾性散乱実験を行う必要がある。これについては,フランスLLB研究所のMignotと英国アップルトン研究所のAdrojaと共同研究を行う。②SPring-8における高精度X線回折実験により,磁気秩序の精密な構造決定を行う。③CeT2Al10のCeの磁気モーメントがCeサイト置換によりどのような影響を受けるかを調べることにより,CeT2Al10の異常な基底状態の起源を探る。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (12件)

  • [国際共同研究] レオン-ブリルアン研究所(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      レオン-ブリルアン研究所
  • [国際共同研究] ラザフォード・アップルトン研究所(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      ラザフォード・アップルトン研究所
  • [雑誌論文] Kondo Effect in CeXc (Xc=S, Se, Te) Studied by Electrical Resistivity Measurements under High Pressure2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Hayashi, S. Takai, H. Tanida, M. Sera, K. Matsubayashi, Y. Uwatoko, A. Ochiai
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 85 ページ: 034704-1-7

    • DOI

      10.7566/JPSJ.85.034704

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pr- and La-doping effects on the magnetic anisotropy in the antiferromagnetic phase of Kondo semiconductor CeRu2Al102015

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshida, R. Okubo, H. Tanida, T. Matsumura, M. Sera, T. Nishioka, M. Matsumura, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 91 ページ: 235124-1-13

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.235124

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Relation between c-f hybridization and magnetic ordering in CeRu2Al10: An optical conductivity study of Ce(Ru1-xRhx)2Al10(x<0.05)2015

    • 著者名/発表者名
      S. Kimura, H. Tanida, M. Sera, Y. Muro, T. Takabatake, T. Nishioka, M. Matsumura, R. Kobayashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B (R)

      巻: 91 ページ: 241120-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.241120

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Incommensurate-commensurate magnetic phase transition in SmRu2Al102015

    • 著者名/発表者名
      S. Takai, T. Matsumura, H. Tanida, M. Sera
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 92 ページ: 174427-1-10

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.92.174427

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rapid growth of localized nature of carriers in the Kondo semiconductor CeFe2Al10 with nonmagnetic ground state due to small Rh doping2015

    • 著者名/発表者名
      H. Tanida, M. Nakamura, M. Sera, T. Nishioka, M. Matsumura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 92 ページ: 235154-1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.92.235154

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Anomalous Magnetic Phase Diagram of CeTe under High Pressure2015

    • 著者名/発表者名
      H. Takaguchi, Y. Hayashi, T. Matsumura, K. Umeo, M. Sera, A. Ochiai
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 84 ページ: 044708-1-6

    • DOI

      10.7566/JPSJ.84.044708

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] CeRu2Al10におけるCe, Ruサイト置換効果2016

    • 著者名/発表者名
      世良正文,中川史也,谷田博司,松村武,西岡孝,松村政博
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 近藤半導体CeT2Al10 (T=Ru, Os)における磁場誘起相の磁場方向依存性2016

    • 著者名/発表者名
      近藤晃弘,金道浩一,中川史也,谷田博司,世良正文,高畠敏郎
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Ce(Ru1-xRhx)2Al10の圧力効果II2016

    • 著者名/発表者名
      谷田博司,中川史也,吉田康介,世良正文,松村武,北川健太郎,西岡孝
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] HoRu2Al10の磁場中弾性率2016

    • 著者名/発表者名
      上川修平,石井薫,中川史也,谷田博司,世良正文,鈴木孝至
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 電気抵抗の磁場-圧力応答によるCeXc(Xc=S, Se, Te)のc-f混成効果の研究 II2016

    • 著者名/発表者名
      林裕弥,松村武,世良正文,梅尾和則,落合明
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] CeRu2Al10の磁気異方性へのPr, Laドープ効果2015

    • 著者名/発表者名
      世良正文,吉田康介,谷田博司,松村武,西岡孝,松村政博
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] 電気抵抗の磁場-圧力応答によるCeXc(Xc=S, Se, Te)のc-f混成効果の研究2015

    • 著者名/発表者名
      林祐弥,高井駿,松村武,世良正文,松林和幸,上床美也,落合明
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] RAGe(R=Ce,Pr,Nd)の異常な強磁性2015

    • 著者名/発表者名
      宗重瑞稀,松村武,谷田博司,世良正文
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] Ce(Ru1-xRhx)2Al10の圧力効果2015

    • 著者名/発表者名
      谷田博司,中川史也,吉田康介,松村武,世良正文,西岡孝,松村政博
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] RRu2Al10 (R=Sm,Gd)における格子不整合磁気秩序2015

    • 著者名/発表者名
      松村武,高井駿,宗重瑞稀,谷田博司,世良正文
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] CeT2Al10 (T=Ru,Os)置換系におけるスピンギャップの磁場効果II2015

    • 著者名/発表者名
      近藤晃弘,金道浩一,中川史也,吉田康介,谷田博司,世良正文,高畠敏郎
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] HoFe2Al10における磁場誘起相転移2015

    • 著者名/発表者名
      上川修平,石井薫,中川史也,谷田博司,世良正文,鈴木孝至
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19

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公開日: 2017-01-06  

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