| 研究課題/領域番号 |
19K05238
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| 研究機関 | 室蘭工業大学 |
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研究代表者 |
戎 修二 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (10250523)
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| 研究分担者 |
宮崎 正範 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (30634357)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 希土類硫化物 / 弱強磁性磁化過程 / 残留エントロピー / 四極子秩序 / 弾性率測定 / 圧力下電気抵抗率 |
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| 研究実績の概要 |
本研究において、試料への圧力印加は一つの重要な研究手法である。今年度は助成金を使用して電抵抗測定用圧力セルを改良し、配線状態のまま連続的に印加圧力の増加を可能にした。これを用いて、関連物質と位置付けられる希土類セレン化物に対して電気抵抗の圧力依存性を連続測定した。その結果、CeSe2単結晶においては、0.1 GPa（1000気圧）程度の印加で電気抵抗率が50分の1まで連続的あるいは不連続に減少することが確認された。
本系化合物の一つα-Sm2S3に関して巨視的立場の実験から、特徴的な弱強磁性履歴曲線をより詳細に調べる必要がある。試料が経験する磁場や温度の履歴が本系化合物に与える影響が本質的に重要であるが、本年度の研究でα-Sm2S3の履歴曲線の詳細が実験過程によって大きく変化することが確認された。さらに直方晶系におけるc軸方向の強磁場中冷却により、それと直交するa軸方向での磁化曲線にメタ磁性的な振る舞いが発現することを発見した。また、この振る舞いは300 Kでアニールすることにより消滅することも確認した。
α-Dy2S3に関しては、1 Kで残留するエントロピーが1 Tの磁場下で解放される現象が四極子秩序によるものかどうかを、超音波を用いた弾性率の測定から検証した（共同研究者：岩手大学中西氏）。現段階で上記の仮説を肯定する結果は得られていないものの、逐次磁気相転移を示すα-Dy2S3の高温側転移点TN1において、弾性異常が確認された。縦波・横波の超音波ともに、弾性異常を示したが、とくにb軸方向の縦波測定により、TN1直上の温度において数%に及ぶ弾性率の低下（弾性ソフトニング）が観測された。高温側相転移に関しては未解明な謎も残されており、この転移の四極子由来の可能性を考察することで、低温における残留エントロピーの起源についても迫れると考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
α-Dy2S3の弾性率測定に関しては、順調に進めることができた。
一方で、α-Dy2S3の圧力下物性測定に関しては、予期せぬトラブル続きで、良質な単結晶試料が十分な量得られなかったことや、物性測定装置の不具合に起因して十分なマシンタイムを確保できなかったことにより、若干研究進行が遅れている。
α-Sm2S3に関しては、弱強磁性磁化過程の考察を進める上で、実験過程によって磁化過程の詳細が変化することがわかり、一定の磁化過程を得るためには必要な前処理（アニール等）を検討する必要が生じ、若干研究進行が遅れている。また、α-Sm2S3の磁気構造解明に向けたμSR実験は、covid-19の感染拡大防止の観点から、研究分担者の海外でのμSR実験申請は保留している状況であり、やや遅れることが懸念される。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究において、試料への一軸圧力を印加して結晶構造の対称性を操作し、物性に与える影響を調べることを一つの重要な研究手法としている。試料をエポキシ樹脂に埋め込むことにより、一軸圧を印加しようと考えていたが、静水圧印加用の圧力セルではこの実行が難しいことが判明し、一軸圧印加用の圧力セルを購入することとした。次年度は、これを使用した物性研究に傾注する。α-Dy2S3の約11 Kの高温側転移点において、弾性異常が認められたことから、この温度での一軸圧力下物性（磁化と電気抵抗率）について詳細に調べる。またα-Pr2S3においてはVan-Vleck常磁性が確認されていることから、この単結晶試料についても一軸圧力印加による結晶場の対称性操作を行い、これが磁性に与える効果について検証する。
α-Dy2S3において高温側転移点近傍で弾性異常が検出されたことから、他の希土類系でも同様の現象が確認される可能性がある。それぞれの物性を再検証し、弾性率測定の実施についても検討していく。
α-Sm2S3に関しては、アニール等により一定の弱強磁性磁化曲線が得られることを確認し、磁化曲線を解析して磁気構造のモデルを構築したい。また、研究分担者との議論でμSRで何を明らかにできるかの詳細について詰めていきたい。実際の海外施設でのμSR実験については、covid-19の影響により先延ばしにせざるを得ないと考えている。
関連物質と位置付けられる希土類セレン化物に関して、CeSe2以外の希土類系でも室温における圧力下電気抵抗率の連続測定により、4桁に及ぶ電気抵抗率減少について検証したい。
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