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2018 年度 実績報告書

価数転移由来の新規量子現象の理論研究

公募研究

研究領域J-Physics:多極子伝導系の物理
研究課題/領域番号 18H04326
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) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード価数転移 / 臨界価数ゆらぎ / 準結晶Yb15Al34Au51 / 量子臨界現象 / CeCu2Si2 / 超伝導 / CeAu2Si2 / CePd2Si2
研究実績の概要

価数転移由来の新規量子現象の理論研究に取り組んだ。主な成果として、
(1)量子臨界準結晶Yb15Al34Au51がYbの価数転移の量子臨界点に位置していることを理論的に示した。(2)圧力下のCe化合物でCeの価数転移の臨界点と超伝導転移温度の関係を理論的に示し、実験との比較を系統的に行った。
以下に各概要を述べる。
(1)最近準結晶Yb15Al34Au51のAlとAuを同族元素のGaとCuで系統的に置換した試料Yb15(Al1-xGax)34(Au1-yCuy)51が作成され、Ybの価数の格子定数依存性が観測された。興味深いことに、量子臨界性を示す準結晶Yb15Al34Au51はYbの価数が急激に変化し始める点に位置しており、量子臨界性の発現にYbの価数が重要な役割を果たしていることを示している。この現象の出現機構を理論的に明らかにするため、準結晶と共通のTsai型クラスターが体心立方格子に配列した格子構造をもつ近似結晶Yb14Al35Au51におけるYbの4f電子と5d電子、Alの3p電子からなる拡張周期アンダーソン模型にスレーブボゾン平均場理論を適用して、価数転移の量子臨界点近傍におけるYbの価数の格子定数依存性を計算した。その結果、格子定数の減少に伴いYbの価数が急激に減少し、実験で観測された結果と整合する振る舞いが現れた。この量子臨界点近傍でのYbの価数の非対称な変化は、基底状態相図における価数量子臨界点の混成依存性に由来することがわかった。これにより、上述した実験結果は、非従来型の量子臨界現象を示す準結晶Yb15Al34Au51がYbの価数転移の量子臨界点に位置していることを示していることがわかった。
(2)圧力下のCeCu2Si2, CeAu2Si2, CePd2Si2, CeRhIn5などのCe化合物において、低温の電気抵抗率の圧力依存性から、Ceの価数転移の臨界温度を見積もり、臨界温度と超伝導転移温度の関係を系統的に明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

非従来型の量子臨界現象を示す準結晶Yb15Al34Au51の電子状態を記述する有効模型として、1/1近似結晶Yb14Al35Au51における有効ハミルトニアンを構築してYbの価数の格子定数依存性を計算した結果、実験と整合する結果を得ることができた。今後これをもとに準結晶および圧力下の近似結晶の新規物性の理論解析を進めることができるので、研究は順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

前年度までに構築した有効電子模型をもとに理論研究をさらに推進していく。それと同時に新学術領域の研究会に参加して、関連する実験および理論研究者と議論を行い、価数転移由来の新しい量子現象の理論を構築・発展させていきたいと考えている。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Geneva(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      University of Geneva
  • [国際共同研究] Institute of Natural Sciences/Westlake University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Institute of Natural Sciences/Westlake University
  • [国際共同研究] CEA-INAC/UJF-Grenoble(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CEA-INAC/UJF-Grenoble
  • [雑誌論文] Charge Transfer Effect under Odd-Parity Crystalline Electric Field: Divergence of Magnetic Toroidal Fluctuation in β-YbAlB42019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Shinji、Miyake Kazumasa
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 ページ: 033701-1-6

    • DOI

      10.7566/JPSJ.88.033701

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gruneisen Parameter and Thermal Expansion near Magnetic Quantum Critical Points in Itinerant Electron Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe, Kazumasa Miyake
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 ページ: 035108-1-25

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.99.035108

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Dominant Role of Critical Valence Fluctuations on High Tc Superconductivity in Heavy Fermions2018

    • 著者名/発表者名
      Gernot W. Scheerer, Zhi Ren, Shinji Watanabe, Gerard Lapertot, Dai Aoki, Didier Jaccard, Kazumasa Miyake
    • 雑誌名

      npj Quantum Materials

      巻: 3 ページ: 41-1-6

    • DOI

      10.1038/s41535-018-0111-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous temperature dependence of the relaxation rate measured by muon spin rotation in alpha-YbAl0.986Fe0.014B42018

    • 著者名/発表者名
      Kazumasa Miyake, Shinji Watanabe
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 ページ: 075125-1-6

    • DOI

      :10.1103/PhysRevB.98.075125

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Crystalline Electronic Field and Onsite Interorbital Interaction in Yb-based Quasicrystal and Approximant Crystal2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe, Kazumasa Miyake
    • 雑誌名

      J. Phys.: Condens. Matter

      巻: 30 ページ: 184001-1-11

    • DOI

      10.1088/1361-648X/aab817

    • 査読あり
  • [学会発表] Gruneisen Parameter in Quantum Critical Metals on Periodic and Aperiodic Crystals2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      International Workshop on "Emergent Phenomena in Strongly Correlated Quantum Matter"
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gruneisen Parameter in Quantum Critical Yb-Based Quasicrystal2018

    • 著者名/発表者名
      Shinji Watanabe
    • 学会等名
      The 18th International Conference on High Pressure in Semiconductor Physics (HPSP-18) & The Workshop on High pressure Study on Superconducting (WHS)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 量子臨界準結晶Yb15Al34Au51の比熱、熱膨張係数とグリュナイゼンパラメータ2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺真仁
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] 準結晶Yb15 (Al1-xGax)34 (Au1-yCuy)51のYb価数の格子定数依存性2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺真仁
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
  • [備考] 九州工業大学の研究者 渡辺真仁

    • URL

      http://www.ccr.kyutech.ac.jp/professors/tobata/t5/t5-2/entry-1142.html

  • [備考] 九州工業大学 基礎科学研究系 渡辺研究室

    • URL

      https://www.mns.kyutech.ac.jp/~swata/index.html

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公開日: 2019-12-27  

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