プラセオジム化合物の核と電子の示す超低温物性

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640370
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 石井 廣湖 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80047167)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小栗 章 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (10204166) ; 畑 徹 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10156333)
• Keywords: プラセオジム化合物 / 基底1重項系 / 核磁性 / 超低温 / f電子系 / 異方的磁気秩序 / 4重極秩序 / 不純物効果

Research Abstract

プラセオジム(Pr)の基底多重項はJ=4で9重に縮退している。この縮退は結晶場により解け、1重項あるいは2重項基底状態が実現する。我々は、これらについて次のテーマで研究を行った。
1)基底1重項PrCu_6のf電子系は低温まで状態にとどまり、2.4mKの超低温で核スピンが整列することを分担者の畑等が発見した。その核磁性は特異で、斜方晶結晶のa軸方向に反強磁性、b軸方向に強磁性を示す。斜方晶結晶での非等価なプラセオジムの核スピン間にDzyaloshinsky-Moriya型のRKKY相互作用を我々は導出し、このCanted反強磁性を説明した。一方、北澤(物質・材料研究機構)らは実験的に、PrPtAl系のf電子系に対しCanted反強磁性を見出した。我々は、結晶構造の対称性がPrCu_6の高温相と同一であることに注目し、この磁性の起源は結晶の1イオン型異方性エネルギーにあることを結論した。現在、このモデルを平均場近似で計算し、実験に合う結果を得ている。特異な温度変化を示す核スピン緩和時間の理論とあわせ投稿準備中。
2)PrPb_3は立方晶系で非磁性のΓ_3基底2重項状態が実現する。この2重項には電気4重極モーメントが伴い、低温で互い違いに整列し反強4重極秩序が生じることが知られている。この系のPrを2%ほどのLaで置換するとこの反強4重極秩序が壊れ、温度Tに比例した比熱を示すランダムな秩序に移行することを河江ら(九大)が見つけた。我々は、この起源は、LaのためにΓ_32重項のランダに分布するエネルギー分裂が生じ、それがガラス系で見られると同じ理由でTに比例する比熱を導くとの描像を提起した。現在、これに対するモデルハミルトニアンを導き、局所的平均場近似による計算と、スピン波に相当する4重極波の考察を履開している。
その他、PrCu_6の中性子非弾性散乱については森井ら(現研)、La_xPr_<l-x>Te等の系での超伝導への核磁性の効果についてはHerrmannsdoerfer(Dresden)らと共同研究を進めている。

Research Products

• [Publications] H.Ishii, Y.Kinoshita: "Dzyaloshinsky-Moriya interaction in the enhanced nuclear magnet PrCu6"Physical Review B. 63・1. 014415-1-014415-5 (2001)
• [Publications] T.Kawae, M.Shimizu, M.Mito, K.Takeda, H.Ishii, T.Kitai: "La impurity effects on quadrupolar ordering in PrPb3"Physical Review B. 65・1. 012409-1-012409-4 (2002)