希土類化合物における圧力誘起絶縁体－金属転移現象の微視的研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26800193
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 小山 岳秀 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 助教 (30397666)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 絶縁体金属転移 / サマリウム化合物 / 核磁気共鳴 / 圧力 / 希土類元素

研究実績の概要

超伝導や巨大磁気抵抗効果などの数々の特異な物性がd電子系遷移金属化合物の金属－絶縁体転移近傍で発見され、強相関物性の研究が発展した。一方、強相関f電子希土類化合物での金属－絶縁体転移の研究はサマリウム（Sm）化合物絶縁体を中心に研究が行われている。しかし、実験技術的な問題のため、全容の解明に不可欠であるミクロレベルでの測定はあまりなされていない。本研究ではこうした問題を克服しSmS、SmB6の圧力下核磁気共鳴(NMR)実験を遂行することで、電子の局在－遍歴に由来する物性現象の解明につなげることを目的とした。ＳのNMR実験可能な濃縮同位体を用いた試料を作製することでSmSのNMR測定に初めて成功した．絶縁体―金属転移は約1 GPaの圧力で起こる．本研究の成果は
[絶縁体相]　Smイオンが2価状態をとり、非磁性絶縁体あることをミクロレベルで検証した．また，核スピンー格子緩和率（T1）測定より650 K程度のギャップが検出された．
[金属相]　この相では(1) Smイオンの4f電子の局在/遍歴性，(2) 圧力誘起磁気秩序の磁気構造，(3) ギャップの存在，に着目して研究を進めた．それぞれに関して得られた知見は
（１）T1の温度依存性より少なくとも50 K以上の温度領域4f電子は局在している．(２） 2 GPaより高圧でNMRスペクトルが15 K以下で磁気秩序による内部磁場の発生と考えられる形状の変化を示した．また，スペクトルの共鳴周波数から反強磁性秩序の可能性が高い．（３）すべての圧力において低温（高圧ほど減少し始める温度が低い）で1/T1の急激な減少を観測した．これはギャップの存在を決定的にするものである．
SmB6については6 GPaまでNMR測定を行い，ギャップ付近のバンド構造が変化している可能性を指摘した．

研究成果

• [雑誌論文] NMR studies on polyphosphide Ce6Ni6P17 (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, H. Yamada, K. Ueda, T. Mito, Y. Aoyama, T. Nakano, and N. Takeda
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 683 ページ: 012027 1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/683/1/012027
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nuclear Quadrupole Resonance Measurement of the Ferromagnetic Filled-Skutterudite Compound EuRu4Sb12 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, Y. Maeda, K. Ueda, T. Mito, and H. Sugawara
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 84 ページ: 085001 1-2
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.84.085001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetic and Electronic Properties of URu2Si2 Revealed by Comparison with Nonmagnetic References ThRu2Si2 and LaRu2Si2 (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Emi, R. Hamabata, D. Nakayama, T. Miki, T. Koyama, K. Ueda, T. Mito,, Y. Kohori, Y. Matsumoto, Y. Haga, E. Yamamoto, Z. Fisk, and N. Tsujii
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 84 ページ: 063702 1-4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.84.063702
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] NMR測定によるURu2Si2の隠れた秩序相と常磁性相における異方性の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 濱端良輔, 江見直哉, 小山岳秀, 上田光一, 水戸毅, 本山岳, 松本裕司, 芳賀芳範, 山本悦嗣, Zachary Fisk
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会（2016年）
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] SmSにおける圧力誘起磁気秩序のNMR研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小山岳秀, 山田陽彦, 上田光一, 水戸毅, 芳賀芳範
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会（2016年）
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] X線吸収分光・NMR測定による近藤半導体SmB6の高圧下電子状態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 江見直哉, 小山岳秀, 西山功兵, 上田光一, 水戸毅, 水牧仁一朗, 河村直己, 石松直樹, 北川健太郎, 加賀山朋子, H. Nguyen, 清水克哉, 伊賀文俊, N. Shitsevalova
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会（2016年）
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] NMR study of EuNi2Si2 with trivalent Eu (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, F. Ueyama, T. Maruyama, K. Ueda, T. Mito, A. Mitsuda, and H. Wada
  • 学会等名: International Workshop on Itinerant-Electron Magnetism
  • 発表場所: 京都大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] NMR studies on polyphosphide Ce6Ni6P17 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, H. Yamada, K. Ueda, T. Mito, Y. Aoyama, T. Nakano, and N. Takeda
  • 学会等名: TMU International Symposium 2015
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都八王子）
  • 年月日: 2015-09-24
  • 国際学会
• [学会発表] NMRからみたSmSの圧力効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小山岳秀, 山田陽彦, 上田光一, 水戸毅, 芳賀芳範
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 小さな半導体ギャップを持つSm系化合物における電子状態 SmB6の価数・磁性・ギャップ (2015)
  • 著者名/発表者名: 水戸毅, 江見直哉, 西山功兵, 谷口太一, 小山岳秀, 上田光一, 小原孝夫, 水牧仁一朗, 河村直己, 石松直樹, 北川健太郎, 小山内湧人, 林健人, 伊賀文俊, N. Shitsevalova
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] SmSの圧力下NMR測定II (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田陽彦, 小山岳秀, 上田光一, 水戸毅, 芳賀芳範
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] 立方晶Ce6Ni6P17の基底状態のNMRによる研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小山岳秀, 岩崎聡, 山田陽彦, 上田光一, 水戸毅, 青山悠司, 中野智仁, 武田直也
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-17
• [備考] イッテルビウム(Yb)，サマリウム(Sm)系化合物の研究
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/material/electro_phys/research/research_new_Yb&Sm.html