2014 Fiscal Year Annual Research Report
非クラマース縮退を持つプラセオジム化合物における多極子揺らぎと超伝導対形成の相関
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13J01690
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
松本 圭介 広島大学, 先端物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | プラセオジム化合物 / 超伝導 / 多極子秩序 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，カゴ状結晶構造をもつ化合物の多彩な物性が注目を集めている。私は，4f電子を2個持つPrイオンがカゴに内包されたPrT2Zn20 （T：遷移金属）に着目した。この系の結晶場基底状態は，磁気双極子の自由度を持たず，四極子と八極子の自由度のみを有する非磁性G3二重項である。そのため，これら高次の多極子が絡んだ物性の発現が期待される。私は，T=Irの系において，反強四極子(AFQ)秩序（TQ=0.11K）と超伝導（Tc=0.05K）が共存することを見出し，超伝導対形成に四極子揺らぎが関与している可能性を指摘した。一方，非磁性のLaIr2Zn20はTc=0.6KのBCS超伝導体である。本年度は以下の実験を行った。
(1)昨年度までにPr1-xLaxIr2Zn20 (0<x<1)の試料を作製し，電気抵抗率と交流磁化率を測定した。Tcはx<0.5で殆ど上昇せず，x>0.5で上昇する。一方，電気抵抗測定では，TQでの異常をx=0でしか観測できていなかった。そこで，0.06 Kまでの比熱測定装置を立ち上げ，Pr1-xLaxIr2Zn20 (x>0)におけるTcとTQの関係を調べた。比熱測定から，TQはx<0.09で消失することが明らかになった。Tcはx<0.5で変化しないことから，TQとTcの相関は弱いことが示唆される。これらの内容について，国内外の学会で発表し，原著論文として投稿した。
(2)PrIr2Zn20の比熱や弾性定数の測定から，TQでAFQ秩序が起こっていることはわかっていたが，その秩序変数についてはまだ明らかになっていなかった．そこで，四極子秩序構造と秩序変数について調べるために，フランス・レオンブリュアン研究所(LLB)において磁場中の中性子回折実験を行った．禁制反射の指数の磁場誘起反強磁性モーメントを観測し，AFQ秩序であることを微視的手法ではじめた確認した。なお，ビームタイムの申請を自ら代表者として行い，7日間のビームタイムを確保した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
Pr1-xLaxIr2Zn20におけるTcとTQのx依存性について明らかにした。電気抵抗測定では，TQでの異常をx=0でしか観測できていなかった。そこで，0.06 Kまでの比熱測定装置を立ち上げ，x>0におけるTQでの比熱異常の観測を試みた。電気抵抗と比熱の測定の結果から，Tcはx<0.5で殆ど変化がないにも関わらず，TQはx<0.09で0.07 K以下に下がることを明らかにした。このTcとTQのLa置換量依存性は，両者の相関が弱いことを示唆している。一方で，PrIr2Zn20とLaIr2Zn20の超伝導特性を比較し，PrIr2Zn20の超伝導対形成において混成効果が重要であることを提案した。これらの内容を原著論文として発表し，国内外の学会で報告した。
また，PrIr2Zn20におけるT<TQでの四極子の秩序構造や秩序変数について明らかにするために，LLBで磁場中での中性子回折実験を行った。磁場誘起反強磁性モーメントの観測に成功し，TQでの異常がAFQ秩序であることを確認した。
以上のことから，本研究は当初の計画以上に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験では，四極子の秩序構造と秩序変数はまだ同定できていない。本年度は，中性子回折の結果に対する解析を行い，秩序変数を同定する。これらの結果について，国内外の学会で発表し，原著論文を投稿する。
また，比熱測定の自動化を進め，効率よく比熱測定できるように更新する。
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Anomalous Enhancement of Seebeck Coefficient in Pr-Based 1-2-20 System with Non-Kramers Doublet Ground States2015
Author(s)
Y. Machida, T. Yoshida, T. Ikeura, K. Izawa, A. Nakama, R. Higashinaka, Y. Aoki, H. Sato, A. Sakai, S. Nakatsuji, N. Nagasawa, K. Matsumoto, T. Onimaru, T. Takabatake
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 592
Pages: 012025/1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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