フラストレート系遷移金属酸化物における重い電子系的挙動と量子スピン液体状態の探索

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15740215
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 三好 清貴 島根大学, 総合理工学部, 助手 (10294365)
• Keywords: 重い電子系 / フェルミ液体 / フラストレーション / コバルト酸化物 / 層状構造 / 巨大熱電能 / 電子相関効果

Research Abstract

本研究では、Na_xCo_2O_4に着目した。この系は層状構造を持つ金属伝導体であり、大きな熱起電力を示すことから元々は熱電変換材料として注目されている物質である。今年度は、この系の良質試料をフローティングゾーン法で作製し、低温物性を精密に調べた。特に近年注目されてきたスピネル酸化物LiV_2O_4(γ=420mJ/molK^2)と詳細に比較・検討し、重い電子系的な挙動の有無を検証した。まず、測定に用いた試料はNa濃度x〜1.5であることがプラズマ発光分析により明らかになった。帯磁率では15K付近に幅広なピークが見られ、ピーク付近の磁場依存性(H≦7T)も含めて、LiV_2O_4の帯磁率の振舞と非常に類似していることがわかった。また電気抵抗は金属的で、低温ではρ=ρ_0+AT^2の式に従い、他の重い電子系と同様にフェルミ液体の挙動を示すことがわかった。さらに比熱測定ではC/Tの値がT=2Kで約60mJ/molK^2であることがわかった。ウィルソン比はRw=2.7(強相関系では通常Rw=2前後)、またA/γ^2〜10^<-4>[μΩcm/K^2/(mJ/molK^<-2>)^2]であり、門脇-Woodsの関係よりも一桁大きくなった。A/γ^2については単結晶試料を使えばもう少し下がるのではと考えている。以上のようにNa_<1.5>Co_2O_4では、LiV_2O_4と同様に、帯磁率の幅広のピークを伴いながら有効質量の増大したフェルミ液体の形成が起こることがわかった。Na_xCo_2O_4系ではCoサイトが三角格子を形成しており、有効質量の増大にはフラストレーションの関与が期待される。今後は、Na_<1.5>Co_2O_4のホール係数の温度変化を調べるとともにNa濃度xに対する物性の変化を追跡する。またこのような挙動を示す他の遷移金属酸化物の例の探索・発見を試み、d電子系における重い電子系的挙動の起源の解明を目指す。

Research Products

• [Publications] Kiyotaka Miyoshi: "Magnetization, Electrical Resestivity and Specific Heat Measurements of Na_xCo_2O_4"Physica B. (in press). (2004)
• [Publications] Kiyotaka Miyoshi: "Mass-Enhanced Fermi Liquid Ground State in Na_<1.5>Co_2O_4"Physical Review B. 69・13(in press). (2004)