| 研究課題/領域番号 |
16H04017
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| 研究機関 | 首都大学東京 |
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研究代表者 |
堀田 貴嗣 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (00262163)
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| 研究分担者 |
服部 一匡 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (30456199)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 強相関f電子 / 多極子 / 非クラマース二重項 / ２チャンネル近藤効果 / 超伝導 |
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| 研究実績の概要 |
1980年，ノジエールとブランダンは，1つの不純物スピンを複数のチャンネルの伝導電子が過剰に遮蔽するときに非フェルミ液体状態が生じ，物理量の温度依存性に低温でさまざまな異常が現れることを指摘した．1987年，コックスは，Γ3非クラマース基底状態をもつ立方晶U系化合物において2チャンネル近藤効果が実際に起こる可能性を指摘し，その後，U系からPr系へと対象物質は広がり，2チャンネル四極子近藤効果の研究が盛んに行われてきた．しかし，もともと想定されていた磁気的な2チャンネル近藤効果が実際の物質系で起こる可能性はこれまで殆ど調べられてこなかった．
そこで，Γ8伝導電子と混成する7軌道アンダーソンモデルを数値繰り込み群法によって先入観なく解析することにした．今の場合，局所f電子数nを1から13まで自由に変えることができるが，対応する希土類イオンにおけるクーロン相互作用やスピン・軌道相互作用の値を用い，結晶場ポテンシャルをパラメータとして考えた．モデルの妥当性を確認するために，まず，Prイオンを念頭に，n=2の場合を調べた．その結果，Γ3基底状態の場合に，2チャンネル近藤効果に特有の残留エントロピーlog√2が現れ，確かに2チャンネル近藤効果が生じることを確認した．次に，Ndイオンに対応するn=3の場合を調べたところ，Γ6基底状態の場合に2チャンネル近藤効果が現れることを発見した．j-j結合描像に基づいて考えると，n=3のΓ6状態はn=2のΓ3状態にΓ8電子を１つ付け加えた形をしており，Γ8伝導電子との混成を考えると，Γ7電子の磁気モーメントをΓ8の2種類のチャンネルの伝導電子が遮蔽する形になる．これは，まさにノジエールとブランダンが最初に考えた磁気的な2チャンネル近藤効果になっている．今後，Ndを含む1-2-20系で実際に2チャンネル近藤効果が観測される可能性が期待される．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成29年度の研究の推進方策において，2チャンネル近藤効果の研究について次のように述べている．f2のΓ3非クラマース系が2チャンネル近藤効果の典型的な例と目されているが，それ以外のf電子系で磁気的な2チャンネル近藤効果が出現する具体例を見つけ出し，対象物質が限られている2チャンネル近藤効果の研究に新風を吹き込むことを目指す．これに対し，研究実績の概要で述べているように，従来知られていたPrイオンに対応する場合の2チャンネル近藤効果以外に，Ndイオンの場合にも2チャンネル近藤効果が起こることを見出した．40年近く前に提唱された磁気的な2チャンネル近藤効果が，実際の物質系で起こりうることを示したはじめての例になっており，想定以上の発見であった．この研究成果を日本物理学会欧文誌Journal of The Physical Society of Japanのレター論文として投稿したところ，すぐに掲載が認められ，また，注目論文賞に選ばれることとなった．これは，インパクトのある結果であったことの証左であり，目論見どおり，2チャンネル近藤効果の研究に新風を吹き込むことができたのではないかと考えている．2チャンネル近藤効果の理論研究は，やや時代遅れの感があるのは事実であるが，そこでなお注目される新しい結果を得たことは，「流行り」に迎合することなく，着実に研究を進めていることの現れであり，本基盤研究Bではこの姿勢を貫いて，今後も，独自の研究成果につなげることを期待している．
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| 今後の研究の推進方策 |
研究実績の概要でも述べたように，7軌道アンダーソンモデルでは，局所f電子数nを自由に変えられるので，この機会に，n=1のCeイオンからn=13のYbイオンまで，全ての希土類イオンの場合を網羅的に研究し，2チャンネル近藤効果が現れる状況を完全に解明する．また，重希土類の場合に，3チャンネル近藤効果が現れる可能性を調べる．これまでに，実際の系で3チャンネル近藤効果が見つかったことはないので，Nd系の2チャンネル近藤効果以上のインパクトが期待できる．
多極子秩序およびその近傍の多極子揺らぎ超伝導についての微視的理論を展開する．モデルの構築，予備的な平均場近似の計算，乱雑位相近似の定式化などは平成29年度のうちに着実に進めたので，平成30年度には，j-j結合描像に基づくΓ7-Γ8の3軌道モデルあるいはΓ8の2軌道モデルを乱雑位相近似によって解析し，積年の課題であるPrPb3の格子非整合Γ3非クラマース四極子秩序の出現の理由を解明することに努める．また，多極子揺らぎの超伝導理論のウラン系化合物への適用の可能性を探る．特に，最近，s波の可能性が指摘されているUBe13の超伝導について，四極子揺らぎによる超伝導の観点から解明を目指す．
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