強く結合したｄ＋ｆ電子系における異常物性の研究と高圧測定による起源解明

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22KF0378
• 配分区分: 基金
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 辻井 直人 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (90354365)
• 研究分担者: VALENTA JAROSLAV 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• キーワード: ｄ電子系 / ｆ電子系 / 磁性 / 圧力 / 希土類化合物

研究実績の概要

秩序状態の形成と消失の臨界点近傍の物性は、固体物性の中心的課題の一つである。遷移金属化合物における遍歴電子磁性と、4f電子系における重い電子状態は、上記の点で興味深く、ともに大きな研究領域を形成している。理論的には共通の枠組みでとらえられることも多いが、実験的には、両者が同時に発現するような物質は極めて少ない。本課題では3d電子と4f電子が強く相関しあって、両者がともに磁性不安定性近傍に位置するような物質に対して、磁場や圧力などの外部パラメータを制御して新規な物性を開拓し、起源解明を目的として行うものである。特に我々はこれまで物性の詳しい研究がなされていなかったラーベス相化合物YbCo2に対して、良質バルク試料の作成に成功し、低温の物性を調べた。磁化率測定の結果、Ybはほぼ3価であり、Coも磁気モーメントを担っていることがわかった。比熱測定の結果、0.4 Kの低温まで磁気秩序が見られないが、7 J/mol K2を超える巨大な電子比熱を示すことが見出された。磁場を印加すると、磁気秩序のような異常が現れ、この異常は磁場の増加とともに高温側に移動しており、強磁性に類似していることがわかった。比熱の詳細な解析により、低温側の大きな電子比熱は結晶場を仮定した4f電子の寄与だけでは説明できないことがわかった。そのため強磁性秩序近傍の3d電子が4f電子と結合して生じた磁場誘起磁気秩序であることが示唆された。同様な異常な物性を開拓するために、スクテルダイト系に注目した。これまでにYbFe4Sb12で圧力や原子欠損によるYb価数転移とFe強磁性が観測されている。一方、YbxCo4Sb12ではYb価数は圧力の影響を受けず、ほぼ2価のままであった。さらにYbMn2Sb2、YbMn2Ge2、YbCuxなどについて圧力下分光を測定し、非常に興味深いYb価数転移がいくつかの物質で観測された。

研究成果

• [国際共同研究] Charles University, Prague(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: Charles University, Prague
• [雑誌論文] Phase transitions and slow spin dynamics of slightly inverted A-site spinel CoAl2-xGaxO4 (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Naka, J. Valenta, T. Nakane, S. Ishii, M. Nakayama, H. Mamiya, K. Takehana, N. Tsujii, Y. Imanaka, Y. Matsushita, H. Abe, T. Uchikoshi, H. Yusa
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 36 ページ: 125801
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ad12fc
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic properties and magnetocaloric effect of DyCo9Si4 (2024)
  • 著者名/発表者名: N. Tsujii, A. Miyake, M. Tokunaga, J. Valenta, H. Sakurai
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 980 ページ: 173653
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.173653
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of insulating behavior by Pb substitution and pressure-induced superconductivity in La2O2Bi3-xPb1+xS6 (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Jha, J. Valenta, N. Tsujii, T. Naka, T. Kawahata, C. Kawashima, H. Takahashi, T. Mori, Y. Mizuguchi
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 巻: 36 ページ: 105002
  • DOI: 10.1088/1361-6668/aceeba
  • 査読あり
• [学会発表] Yb-Cu二元金属間化合物YbCux系における圧力誘起の大きな価数転移 (2024)
  • 著者名/発表者名: 大村彩子, 山岡人志, 辻井直人, 石井啓文, 平岡望, 佐藤仁, 沢田正博
  • 学会等名: 日本物理学会 2024年春季大会
• [学会発表] Massive electronic state and field-induced ordering in YbCo2 (2024)
  • 著者名/発表者名: Naohito Tsujii, Jaroslav Valenta, Hitoshi Yamaoka, Fuminori Honda, Yusuke Hirose, Hiroya Sakurai, Takao Mori, Masashi Hase
  • 学会等名: 24th International Conference on Solid Compounds of Transition Elements
  • 国際学会
• [学会発表] YbCo2の重い電子状態と磁場誘起相転移 (2023)
  • 著者名/発表者名: 辻井直人、J. Valenta、山岡人志、本多史憲、廣瀬雄介、桜井裕也、寺田典樹、名嘉節、中根茂行、小泉尭嗣、石井啓文, 平岡望, 森孝雄
  • 学会等名: 日本物理学会 第７８回年次大会
• [備考] Naohito Tsujii
  • URL: https://samurai.nims.go.jp/profiles/tsujii_naohito/publications#presentation