ｆ電子ー核超微細結合多重項の新奇物性

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23540421
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 青木 勇二 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (20231772)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 超微細結合多重項 / 超微細相互作用 / 核比熱 / 核スピン / 多極子 / スクッテルダイト / かご状物質

研究概要

化合物PrRu4P12において、Prイオンのｆ電子と核スピンが超微細相互作用により結合し、多重項状態（超微細結合多重項）を形成していることを我々は初めて観測することに成功した。この多重項が、秩序化することなく、結晶固体中で格子を形成している状態は稀有であり、他に類を見ない。本系の極低温物性をさらに調べ、この多重項が超低密度の伝導キャリアと相互作用することにより、従来のものとは異なる新しいタイプの強相関電子状態を形成していることを示唆する異常を観測した。また、Pr以外の希土類イオンを含む化合物を探索し、類似物性を示す幾つかの候補物質を見つけた。

研究成果

• [雑誌論文] Electronic State of CeFe4As12 Investigated by Using Single Crystals Grown under High Pressure of 4 Gpa (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogawa, H. Sato, M. Watanabe, T. Namiki, S. Tatsuoka, R. Higashinaka, Y. Aoki, K. Kuwahara, J. Yamaura, and Z. Hiroi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 83 ページ: 034710 (7)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.034710
• [雑誌論文] The effect of Au and Ni doping on the heavy fermion state of the Kondo lattice antiferromagnet CePtZn (2014)
  • 著者名/発表者名: S. K. Dhar, Y. Aoki, B. Suemitsu, R. Miyazaki, A. Provino, and P. Manfrinetti
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 115 ページ: 17E113 (3)
  • DOI: 10.1063/1.4862378
• [雑誌論文] Anomalously field-insensitive correlated electron behaviors in SmTa2Al20 (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Yamada, R. Higashinaka, R. Miyazaki, K. Fushiya, T.D. Matsuda, Y. Aoki, W. Fujita, H. Harima, H. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 82 ページ: 123710 (5)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.123710
• [雑誌論文] Anomalous Low-Lying Thermal Excitations Deep Inside the Ferromagnetic State in Filled Skutterudite NdFe4As12 (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Higashinaka, K. Takeda, T. Namiki, Y. Aoki, H. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 82 ページ: 114710 (6)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.114710
• [雑誌論文] Ru substitution effect on the peak effect in superconducting PrOs4Sb12 (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Miyazaki, R. Higashinaka, Y. Aoki, H. Sugawara and H. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. : Conf. Ser 巻: 391 ページ: 012046 (5)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/391/1/012046
• [雑誌論文] Neutron scattering study on magnetic ordering in a partially rare-earth filled skutterudite PrxFe4Sb12 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Iwasa, T. Orihara, K. Saito, K. Tomiyasu, Y. Murakami, H. Sugawara, K. Kuwahara, H. Kimura, R. Kiyanagi, Y. Ishikawa, Y. Noda, Y. Aoki, H. Sato and M. Kohgi
  • 雑誌名: J. Phys. : Conf. Ser 巻: 391 ページ: 012025 (4)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/391/1/012025
• [雑誌論文] Thermodynamic properties of the f-electron-nuclear hyperfine-coupled composite multiplets of Pr ions in filled-skutterudite PrRu4P12 (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, T. Namiki, S.R. Saha, H. Sugawara and H. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. : Conf. Ser 巻: 391 ページ: 012003 (4)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/391/1/012003
• [雑誌論文] Heavy quasiparticles formed in the ferromagnetic Yb layers in the Kondo helical magnet YbNi3Al9 as revealed by specific-heat measurements (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Miyazaki, Y. Aoki, R. Higashinaka, H. Sato, T. Yamashita and S. Ohara
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 ページ: 155106(6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.155106
• [雑誌論文] Magnetic Excitation in Totally Symmetric Staggered Ordered Phase of PrFe4P12 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Iwasa, L. Hao, M. Kohgi, K. Kuwahara, J.-M. Mignot, H. Sugawara, Y. Aoki, T.D. Matsuda, and H. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 81 ページ: 094711 (9)
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.094711
• [雑誌論文] Characterization of the Mysterious High Field Ordered Phase around H//[111] and Finding of a New Phase Boundary in PrFe4P12 (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Aoki, H. Sato, D. Kikuchi, H. Sugawara, A. Pourret, K. Behnia, S. Uji, T. Terashima, R. Higashinaka, and Y. Aoki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 81 ページ: 084703 (11)
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.084703
• [雑誌論文] Transport, Thermal, and Magnetic Properties of YbNi3X9 (X = Al, Ga) : A Newly Synthesized Yb-Based Kondo Lattice System (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita, R. Miyazaki, Y. Aoki, and S. Ohara
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 81 ページ: 034705 (8)
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.034705
• [雑誌論文] Magnetic and transport properties of YbT2Al20 (T = Ti, V and Cr) (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Higashinaka, A. Nakama, M. Ando, M. Watanabe, Y. Aoki and H. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. : Conf. Ser 巻: 273 ページ: 012033 (4)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/273/1/012033
• [雑誌論文] Unusual Field-Insensitive Phase Transition and Kondo Behavior in SmTi2Al20 (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Higashinaka, T. Maruyama, A. Nakama, R. Miyazaki, Y. Aoki and H. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 80 ページ: 093703 (4)
  • DOI: 10.1143/JPSJ.80.093703
• [雑誌論文] Single crystal growth and low temperature properties of PrNb2Al20 (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Higashinaka, A. Nakama, M. Ando, M. Watanabe, Y. Aoki and H. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 80 ページ: SA048(3)
  • DOI: 10.1143/JPSJS.80SA.SA048
• [雑誌論文] Temperature-dependent development of the magnetic-field-insensitive heavy fermion state in SmOs4Sb12 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, S. Sanada, D. Kikuchi, H. Sugawara, and H. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 80 ページ: SA013(3)
  • DOI: 10.1143/JPSJS.80SA.SA013
• [雑誌論文] Strong Effect of Yb Filling Fraction on the Magnetic Ground Sate of the Filled Skutterudite YbFe4Sb12 (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Saito, H. Sato, K. Tanaka, S. Tatsuoka, M. Ueda, R. Higashinaka, T. Namiki, Y. Aoki, Y. Utsumi, K. Kuwahara and T. Hosoya
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 80 ページ: 063708 (4)
  • DOI: 10.1143/JPSJ.80.063708
• [雑誌論文] Reentrant quantum criticality in Yb2Pd2Sn (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Muramatsu, T. Kanemasa, T. Kagayama, K. Shimizu, Y. Aoki, H. Sato, M. Giovannini, P. Bonville, V. Zlatic, I. Aviani, R. Khasanov, C. Rusu, A. Amato, K. Mydeen, M. Nicklas, H. Michor, and E. Bauer
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 83 ページ: 180404( R ), 4
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.83.180404
• [雑誌論文] f-Electron-Nuclear Hyperfine-Coupled Multiplets in the Unconventional Charge Order Phase of Filled Skutterudite PrRu4P12 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, T. Namiki, S.R. Saha, T. Tayama, T. Sakakibara, R. Shiina, H. Shiba, H. Sugawara and H. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 80 ページ: 054704 (7)
  • DOI: 10.1143/JPSJ.80.054704
• [学会発表] 異方的カゴ状構造を持つRAu3Al7(R= Pr, Tm)の低温物性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 東中隆二, 他5名
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 20140327-30
• [学会発表] LnGa6の単結晶育成と基礎物性測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 今井勇輝, 他4名
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 20140327-30
• [学会発表] Yb-Au-In系三元化合物の単結晶育成と物性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木主翼, 他5名
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 20140327-30
• [学会発表] 層状超伝導化合物LnOBiS2 系の単結晶育成と物性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松田達磨, 他5名
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 20140327-30
• [学会発表] 充填スクッテルダイトPrRu4P12の電子輸送特性 : 伝導電子と強く結合したPr核スピン-4f電子複合状態 (2013)
  • 著者名/発表者名: 青木勇二, 他6名
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 20130925-28
• [学会発表] 新奇ピーナッツ型カゴ状構造を有するTm6Cr4Al43における特異な秩序状態 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伏屋健吾, 他5名
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 20130925-28
• [学会発表] Strong coupling of conduction electrons with the 4f-electron-nuclear-spin composite states in filled skutterudite PrRu4P12 (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Aoki, 他5名
  • 学会等名: Strongly Correlated Electron Systems 2013 (SCES 2013)
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 20130805-09
• [学会発表] Tm-based Kondo effect and possible multipole ordering in peanut-shaped cage structure compound Tm6Cr4Al43 (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fushiya, 他5名
  • 学会等名: Strongly Correlated Electron Systems 2013 (SCES 2013)
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 20130805-09
• [学会発表] Single crystal growth and low-temperature physical properties of cage structure compound SmTa2Al20 (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Yamada, 他9名
  • 学会等名: Strongly Correlated Electron Systems 2013 (SCES 2013)
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 20130805-09
• [学会発表] The valence state and possible parameters of the eld-insensitive magnetic transition in SmTr2Al20 (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Higashinaka, 他10名
  • 学会等名: Strongly Correlated Electron Systems 2013 (SCES 2013)
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 20130805-09
• [学会発表] カゴ状化合物単結晶試料の低温熱電能測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小野修平, 他3名
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 20130326-29
• [学会発表] 新規カゴ状化合物Tm6Cr4Al43の単結晶育成と物性測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伏屋健吾, 他4名
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 20130326-29
• [学会発表] PrRu4P12の低温におけるミュオンスピン緩和 (2012)
  • 著者名/発表者名: 髭本亘, 他5名
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 20120918-21
• [学会発表] YbAu3Al7の単結晶育成と物性測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 國利洸貴, 他5名
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 20120918-21
• [学会発表] Unusual heavy fermion behavior inPrTr2Al20 (Tr = Nb, Ta) associated with Gamma3 quadrupolar degrees of freedom (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Higashinaka, 他4名
  • 学会等名: The 19th International conference on Magnetism (ICM 2012)
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 20120708-13
• [学会発表] PrFe4P12H//[111]に於ける高磁場秩序相及び新たな高磁場相境界の評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 青木英和, 他9名
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 20120324-27
• [学会発表] 極低温物性測定によるカゴ状物質PrNb2Al20の基底状態の探索 (2012)
  • 著者名/発表者名: 東中隆二, 他4名
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 20120324-27
• [学会発表] PrTa2Al20の磁場誘起相転移 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中間章浩, 他4名
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 20120324-27
• [学会発表] カゴ状金属間化合物RT2Al20の単結晶育成と物性測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中間章浩, 他6名
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20110921-24
• [学会発表] f-Electron-Nuclear Hyperfine-Coupled Multiplets of Pr Ions in Charge-Ordered Filled Skutterudite PrRu4P12 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, 他8名
  • 学会等名: International conference on Strongly Correlated Electron Systems 2011 (SCES2011)
  • 発表場所: Cambridge, England
  • 年月日: 20110829-0903
• [学会発表] Unusual Heavy Fermion Behavior in PrNb2Al20 with a Γ3 Doublet Ground State (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Higashinaka, 他7名
  • 学会等名: International conference on Strongly Correlated Electron Systems 2011 (SCES2011)
  • 発表場所: Cambridge, England
  • 年月日: 20110829-0903
• [図書] 特集籠状物質「充填スクッテルダイトRT4X12(R:希土類, T : 遷移金属, X : P, As, Sb)-その結晶構造が可能にした多彩な振る舞い-」 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤英行・ 青木勇二・ 菅原仁・ 播磨尚朝
  • 総ページ数: 340-345
  • 出版者: Bulletin of the Ceramic Society of Japan
  • URL: http://www.ceramic.or.jp/ihensyub/
• [図書] "充填スクッテルダイトにおける多極子物性"特集号「重い電子系の物理の最近の発展」IV.多極子の物理の発展,固体物理( Solid State Physics) (2012)
  • 著者名/発表者名: 青木勇二, 菅原仁, 佐藤英行
  • 総ページ数: 637-649
  • URL: http://www.agne.co.jp/kotaibutsuri/kota1047.htm
• [備考] 「Pr化合物中に発見された4f電子と核の複合準位系」日本物理学会誌Vol.66, No.8, (2011)p623-624
• [備考] 科学新聞(週刊)平成23年5月20日第3340号「Pr化合物中に形成された電子と核の複合状態発見」
• [備考] 首都大学東京ウェブページ : ニュース掲載
  • URL: http://www.tmu.ac.jp/news/topics/3274.html?d=assets/files/download/news/press_110510.pdf