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2014 年度 実施状況報告書

髙融点金属化合物の純良単結晶育成と電子状態の研究

研究課題

研究課題/領域番号 25610097
研究機関琉球大学

研究代表者

大貫 惇睦  琉球大学, 理学部, 客員教授 (40118659)

研究分担者 辺土 正人  琉球大学, 理学部, 准教授 (00345232)
眞榮平 孝裕  琉球大学, 理学部, 教授 (20372807)
仲間 隆男  琉球大学, 理学部, 教授 (80264472)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード高融点金属化合物 / 結晶反転対称性の破れ / ドハース・ファンアルフェン効果 / フェルミ面 / 磁性
研究実績の概要

金属中の同じ電子状態を有していた運動量k でスピン↑の電子状態と運動量k でスピン↓の電子は,結晶反転対称性が破れると,そのフェルミ面は2つに分裂して電子状態が異なってくる。この新たな電子状態を明らかにする目的で研究はスタートした。前年はカイラル構造の 2000 ℃以上の高融点化合物 VSi2, NbSi2, TaSi2 の純良単結晶を育成して,ドハース・ファンアルフェン効果実験とバンド計算からフェルミ面の分裂を研究した。本年度も新たな結晶反転対称性の破れた化合物 Rh2Ga9, Ir2Ga9, PdBiSe にチャレンジした。また,強磁性寸前の Co 化合物 SrCo2P2 に注目し,その電子状態を研究した。更に,Eu化合物の磁性とその電子状態を研究した。Eu化合物の大部分は通常2価(Eu2+)で磁気秩序を持つ。しかし,3価(Eu3+)の化合物も少数であるが存在し,その典型化合物が EuPd3 である。前年度は融点 1425℃の EuPd3 の純良単結晶育成に成功し,そのフェルミ面の性質を明らかにした。今年度は磁性状態を更に研究した。また,新たな3価の化合物 EuCo2Si2 の純良単結晶育成にもチャレンジした。

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

本年度研究した Rh2Ga9, Ir2Ga9, PdBiSe, あるいは V2Ga9, CoGa3, TiGa3, ZrGa3, ZrAl3, 更に SrCo2P2, EuCo2Si2 等の化合物は,融点が高い遷移金属等を構成原子に含むので,様々な単結晶育成技術を駆使した。Rh2Ga9, IrGa9, V2Ga9, CoGa3, TiGa3, ZrGa3, ZrAl3, SrCo2P2 は Ga の自己フラックス法で,SrCo2P2 では Sn フラックス法を用いた。PdBiSe と EuCo2Si2 はブリッジマン法を用いた。特に EuCo2Si2 の融点は 1500 ℃ 近くと推定され,Mo るつぼに原材料を封入して行った。前年度に研究した VSi2, NbSi2, TaSi2 では四方からのアーク溶解での引き上げ法であった。特に本年度の研究成果で強調したいのは,立方晶カイラル構造の PdBiSe である。ドハース・ファンアルフェン効果からフェルミ面の分裂が明らかにされた。分裂の大きさは,PdBiSe の主成分である Pd-4d, Bi-6p, Se-4p 電子のスピン・軌道相互作用による。その主要フェルミ面の分裂の大きさは 1050~1260 K と大きい。しかし,神戸大学の播磨尚朝教授のバンド計算では分裂はその倍ぐらい大きい。このバンド計算は各原子の価電子のスピン・軌道相互作用を考慮したフルポテンシャルの LAPW 法である。この不一致を解消するために原子番号が大きい Z=82 の Bi-6p 電子の相対論効果の質量補正をバンド理論に取り入れた。その結果,フェルミ面の分裂は 1080~1150 K と実験値に一致することが分かった。ここで重要だったことは,原子番号が大きい Z=82 の Bi の遠心力ポテンシャルであり,方位量子数 l=1 ということが質量増大に大きく寄与することが分かった。つまり,Bi の 6p 電子の寄与である。まさに Bi-6p は相対論効果のディラック電子であることの電子状態への反映と言えよう。

今後の研究の推進方策

今後の研究としては,
(1) PdBiSe と同じ立方晶カイラル構造のウルマナイト NiSbS 等の純良単結晶育成とフェルミ面の研究を行う。
(2) 強磁性寸前の SrCo2P2 と対比する意味で強磁性秩序の LaCo2P2, あるいは新たな強磁性寸前の化合物 CoSe2 にチャレンジする。
(3) 結晶反転対称性の破れたラッシュバ型 Eu 化合物として EuRhGe3 や EuRhSi3 が存在するが,これらの化合物の圧力による価数転移を現在研究している。

次年度使用額が生じた理由

平成25年度に国内で発生した液体ヘリウムの供給停止や高騰の影響により,当該年度に使用する液体ヘリウムの値上げが予想された。よって,消耗品費や旅費の使用を制限し,値上げ分に対応しようと考えていたが,実際には値上げは回避され,実験に使用するヘリウムガスも安定した価格で供給される状況であった。これらのことから余剰金が発生した。

次年度使用額の使用計画

次年度は液体ヘリウム価格の値上げリスクはあるものの,最終年度であることを踏まえ,低温実験に使用する液体ヘリウムの増量,また成果報告としての学術論文誌への投稿,学会参加により,予定通りの予算執行ができると考えている。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Characteristic Fermi Surface Properties of V2Ga5, CoGa3, TiGa3, ZrGa3, and ZrAl3 with Different Tetragonal Structures2015

    • 著者名/発表者名
      A. Teruya, M. Takeda, A. Nakamura, H. Harima, Y. Haga, K. Uchima, M. Hedo, T. Nakama, Y. Onuki
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 84 ページ: 054703-15

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.84.054703

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] De Haas-van Alphen Effect in Rh2Ga9 and Ir2Ga9 without Inversion Symmetry in the Crystal Structure and Related Compounds T2Al9 (T: Co, Rh, Ir) with Inversion Symmetry2015

    • 著者名/発表者名
      Masataka Takeda, Atsushi Teruya, Ai Nakamura, Hisatomo Harima, Masato Hedo, Takao Nakama, Yoshichika Onuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 84 ページ: 024701(1-8)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.84.024701

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Split Fermi Surface Properties based on the Relativistic Effect in Superconductor PdBiSe with the Cubic Chiral Crystal Structure2015

    • 著者名/発表者名
      Masashi Kakihana, Ai Nakamura, Atsushi Teruya, Hisatomo Harima, Yoshinori Haga, Masato Hedo, Takao Nakama, and Yoshichika Onuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 84 ページ: 033701(1-4)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.84.033701

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fermi Surface Properties of Eu-Divalent and Eu-Trivalent Electronic States with the AuCu3-type Cubic Structure2015

    • 著者名/発表者名
      Ai Nakamura, Tetsuya Takeuchi, Yasutomi Tatetsu, Takahiro Maehira, Hisatomo Harima, Masato Hedo, Takao Nakama and Yoshichika Onuki
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 592 ページ: 012048(1-6)

    • DOI

      10.1088/1742-6596/592/1/012048

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Mass Enhancement of Nearly Trivalent Compound EuCo2Si2: Studied by the de Haas-van Alphen Experiments and Energy Band Calculations2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshichika Onuki, Ai Nakamura, Dai Aoki, Mounir Boukahil, Yoshinori Haga, Tetsuya Takeuchi, Hisatomo Harima, Masato Hedo and Takao Nakama
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 592 ページ: 012049(1-8)

    • DOI

      10.1088/1742-6596/592/1/012049

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] De Haas-van Alphen Effect and Fermi Surface Properties in Nearly Ferromagnet SrCo2P22014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Teruya, Ai Nakamura, Tetsuya Takeuchi, Hisatomo Harima, Kiyoharu Uchima, Masato Hedo, Takao Nakama, and Yoshichika Onuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 83 ページ: 113702(1-4)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.83.113702

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Contribution of J-Multiplet Levels to the Physical Properties of EuPd3 with the Trivalent Electronic State2014

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Takeuchi, Ai Nakamura, Masato Hedo, Takao Nakama, and Yoshichika Onuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 83 ページ: 114001(1-8)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.83.114001

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Eu化合物の価数転移と重い電子状態2015

    • 著者名/発表者名
      大貫惇睦,仲村愛,本多史憲,佳山周永,加賀山朋子,清水克哉,芳賀芳範,松林和幸,上床美也,辺土正人,仲間隆男
    • 学会等名
      日本物理学会 第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • 年月日
      2015-03-22 – 2015-03-22
  • [学会発表] EuPd3のNMR2015

    • 著者名/発表者名
      比嘉野乃花,黒島裕子,通事樹,與儀護,二木治雄,仲村愛,辺土正人,仲間隆男,大貫惇睦
    • 学会等名
      日本物理学会 第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • 年月日
      2015-03-22 – 2015-03-22
  • [学会発表] 立方晶カイラル構造超伝導体PdBiSeのdHvA効果とフェルミ面の分裂2015

    • 著者名/発表者名
      垣花将司,仲村愛,照屋淳志,播磨尚朝,辺土正人,仲間隆男,大貫惇睦
    • 学会等名
      日本物理学会 第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • 年月日
      2015-03-22 – 2015-03-22
  • [学会発表] 強磁性体LaCo2P2のドハース・ファンアルフェン効果とフェルミ面2015

    • 著者名/発表者名
      照屋淳志,仲村愛,竹内徹也,本多史憲,青木大,播磨尚朝,内間清晴,辺土正人,仲間隆男,大貫惇睦
    • 学会等名
      日本物理学会 第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-21
  • [学会発表] 強磁性寸前の化合物 SrCo2P2のドハース・ファンアルフェン効果とフェルミ面2014

    • 著者名/発表者名
      照屋淳志,仲村愛,竹内徹也,播磨尚朝,内間清晴,辺土正人,仲間隆男,大貫惇睦
    • 学会等名
      日本物理学会 2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学 春日井キャンパス
    • 年月日
      2014-09-08 – 2014-09-08
  • [学会発表] 3価のEu化合物EuPd3の電子状態と磁気特性2014

    • 著者名/発表者名
      竹内徹也,仲村愛,播磨尚朝,辺土正人,仲間隆男,大貫惇睦
    • 学会等名
      日本物理学会 2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学 春日井キャンパス
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-07
  • [学会発表] Fermi Surface Properties of Eu-Divalent and Eu-Trivalent Electronic States with the AuCu3-type Cubic Structure2014

    • 著者名/発表者名
      Ai Nakamura, Tetsuya Takeuchi, Yasutomi Tatetsu, Takahiro Maehira, Hisatomo Harima, Masato Hedo, Takao Nakama and Yoshichika Onuki
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2014 (SCES2014)
    • 発表場所
      University Campus in Saint Martin d'Heres (Grenoble, France)
    • 年月日
      2014-07-07 – 2014-07-14
  • [学会発表] Mass Enhancement of Nearly Trivalent Compound EuCo2Si2: Studied by the de Haas-van Alphen Experiments and Energy Band Calculations2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshichika Onuki, Ai Nakamura, Dai Aoki, Mounir Boukahil, Yoshinori Haga, Tetsuya Takeuchi, Hisatomo Harima, Masato Hedo and Takao Nakama
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2014 (SCES2014)
    • 発表場所
      University Campus in Saint Martin d'Heres (Grenoble, France)
    • 年月日
      2014-07-07 – 2014-07-14

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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