局所相関と電荷移動の自由度がもたらす新しい量子現象

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24540378
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 渡辺 真仁 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40334346)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: T/Bスケーリング / 臨界価数ゆらぎ / 量子臨界現象 / 重い電子系準結晶 / Yb系近似結晶 / モード結合理論 / 非フェルミ液体

研究実績の概要

非従来型の量子臨界現象を示す重い電子系金属のbeta-YbAlB4で観測された、磁化率が温度Tと磁場Bの比の４桁以上にわたって１つのスケーリング関数で表される異常な振る舞いについて、臨界価数ゆらぎの理論の観点から解析を行った。
具体的には、Ybの価数ゆらぎの量子臨界現象を記述する拡張周期アンダーソン模型に、beta-YbAlB4の異方的c-f混成を取り入れた模型から出発して、磁場下での価数ゆらぎのモード結合方程式を導出して解析を行った。この理論的枠組みにより、ハミルトニアンのパラメータを入力することで価数ゆらぎのモード結合方程式の入力パラメータが自動的に定まるようになり、エネルギースケールの階層構造（伝導バンド幅>近藤温度>臨界価数ゆらぎの特徴的温度T0）が正しく記述され、実験の温度-磁場相図と理論相図との定量的比較が可能となった。
その結果、Ybの価数転移の量子臨界点近傍で、臨界価数ゆらぎの特徴的温度T0が測定最低温度と同程度か、それより低い場合には、価数帯磁率および磁化率にT/Bスケーリングの振る舞いが４桁以上にわたって出現することを見出した。この機構によれば、f準位の混成バンド端へのfine tuningを要請しなくてもT/Bスケーリングの振る舞いが現れることが示される。これにより、beta-YbAlB4の各物理量（磁化率、電子比熱係数、電気抵抗率、核磁気緩和率）が示す非従来型の量子臨界現象とT/Bスケーリングの振る舞いがYbの臨界価数ゆらぎの理論により統一的に説明されることがわかった。
また最近発見された、共通の非従来型の量子臨界現象を示す重い電子系準結晶Yb15Al34Au51と近似結晶について、Ybの臨界価数ゆらぎの理論により、両者とも共通の量子臨界性が出現可能であるが、前者の方が温度-圧力相図中で量子臨界領域が広いことを指摘した。

研究成果

• [雑誌論文] Wide Quantum Critical Region of Valence Fluctuations: Origin of Robust Quantum Criticality in Quasicrystal Yb15Al34Au51 under Pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, K. Miyake
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 592 ページ: 012087-1-6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/592/1/012087
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pressure-Induced Valence Crossover and Novel Metamagnetic Behavior near the Antiferromagnetic Quantum Phase Transition of YbNi3Ga9 (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Matsubayashi, T. Hirayama, T. Yamashita, S. Ohara, N. Kawamura, M. Mizumaki, N. Ishimatsu, S. Watanabe, K. Kitagawa, Y. Uwatoko
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 114 ページ: 086401-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.086401
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray Absorption Spectroscopy and Novel Electronic Properties in Heavy Fermion Compounds YbT2Zn20 (T:Rh and Ir) (2015)
  • 著者名/発表者名: F. Honda, Y. Hirose, A. Miyake, M. Mizumaki, N. Kawamura, S. Tsutsui, T. Watanuki, S. Watanabe, T. Takeuchi, R. Settai, D. Aoki, Y. Onuki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 592 ページ: 012021-1-5
  • DOI: 10.1088/1742-6596/592/1/012021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thermal expansion of a Au-Al-Yb intermediate valence quasicrystal (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Watanuki, S. Kashimoto, T. Ishimasa, A. Machida, S. Yamamoto, Y. Tanaka, M. Mizumaki, N. Kawamura, S. Watanabe
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 211 ページ: 19-22
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2015.03.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] T/B Scaling in beta-YbAlB4 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, K. Miyake
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 ページ: 103708-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.103708
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unconventional Quantum Criticality Due to Critical Valence Transition (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Miyake, S. Watanabe
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 ページ: 061006-1-10
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.061006
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Quantum Criticality and Emergence of the T /B Scaling in Strongly Correlated Metals (2015)
  • 著者名/発表者名: Ｓ． Ｗａｔａｎａｂｅ
  • 学会等名: International Conference on Magnetism 2015 (ICM2015)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-10
  • 招待講演
• [学会発表] beta-YbAlB4におけるT/Bスケーリングの出現機構：価数ゆらぎの量子臨界現象の理論に基づく解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡辺真仁
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Quantum Criticality of Valence Fluctuations in Ce- and Yb-Based Heavy Fermions (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe
  • 学会等名: International Workshop on Quantum Criticality in Correlated Materials and Model Systems
  • 発表場所: Natal, Brazil
  • 年月日: 2014-07-21 – 2014-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] Wide Quantum Critical Region of Valence Fluctuations - Origin of Robust Quantum Criticality in Quasicrystal Yb15Al34Au51 under Pressure - (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2014)
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-14
• [備考]
  • URL: http://www.mns.kyutech.ac.jp/~swata/index.html
• [備考]
  • URL: https://www.kyutech.ac.jp/professors/tobata/t5/t5-2/entry-1142.html