2016 Fiscal Year Annual Research Report
セリウム近藤半導体の異方的なギャップ構造と特異な磁気秩序の相間
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15J01007
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
川端 丈 広島大学, 先端物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 希土類化合物 / トンネル分光 / 重い電子系 / 近藤半導体 / 反強磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近藤半導体CeOs2Al10は，Ce化合物としては極めて高いTN = 28.5 Kで反強磁性転移する。前年度までに行った4f/5d正孔と5d電子ドープ系のバルク物性測定の結果から，ドープによりTNと混成ギャップは相関して減少し, それに逆相関してフェルミ準位での状態密度N(EF)が増大することが判っていた。また，破断接合トンネル分光で微分コンダクタンスdI/dVを測定し，混成ギャップV1とV2及び反強磁性ギャップVAFが降温とともに発達することを観測した。
本年度は, ドープによるN(EF)の増大に伴って, ギャップとTNがどのように変化するかを明確にするために, 準粒子状態密度のギャップ構造を反映するdI/dVの温度変化を上記のドープ系について測定した。4f正孔ドープ系（Ce1-zLaz）ではz = 0.35でもdI/dVに混成ギャップの構造が残るが, 5d正孔ドープ(Os1-yRey)では2y増加とともにゼロバイアス（V=0）に上凸のピークが発達し，2y = 0.1では全てのギャップ構造が消失した。更に，5d電子ドープ(Os1-xIrx)の2x < 0.3の範囲ではV=0に上凸のピークが出現するが，0.3以上では再びV字型の構造に戻る。このように，三種のドープによるdI/dVの変化は三様であるが, 共通しているのは，ドープにより混成ギャップ V1 とTNが相関して減少し，これらと逆相関してN(EF)の二乗に比例するゼロバイアスコンダクタンス（ZBC）の値が増加する点である。この結果は，ドープにより生じたギャップ内状態が，反強磁性転移と三つのギャップを消失させることを示唆する。更に重要な点は，V1とVAFが共存する領域では， TNよりも高いT*で降温とともにZBC が減少することである。つまり本系では，特異な反強磁性秩序の前駆現象としてN(EF)が減少していることが判った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は, 近藤半導体CeOs2Al10が, なぜ28.5 Kという極めて高温で反強磁性秩序するのかを明らかにすることである。先に実施した破断接合トンネル分光測定とバルク物性測定によって二つの実験事実が得られた。即ち，「混成ギャップV1とV2及び反強磁性に伴うギャップVAFの三段のギャップが降温とともに発達すること」, 「4f/5d正孔・5d電子ドープによって混成ギャップの大きさとTNが相関して抑制され, それと逆相関してフェルミ準位での状態密度N(EF)が増加すること」であった。それらに基づき, 本学期は三種のドープ系のトンネル分光測定を計画し, N(EF)の発達によりギャップとTNがどのように変化するかを直接観測した。
その結果, 三種類のドープに伴う微分コンダクタンスdI/dVの変化は三者三様であるが, 混成ギャップV1の減少と相関してTNとVAFが減少し，これと逆相関してフェルミ準位の状態密度N(EF)が増加する点は共通していることが判った。これは, 正孔・電子ドープにより生成されたギャップ内状態が，反強磁性転移と三つのギャップを消失させることを示唆している。更に重要な実験結果は，c-f 混成ギャップが存在する状態において， TNよりも高いT*でN(EF)が減少し始めることである。つまりCeOs2Al10では, c-f混成ギャップV1が存在する状態で, N(EF)が前駆的に減少した後に特異な反強磁性秩序が起こることが本研究により初めて判った。
これらの結果は, 2016年の5月に中国で開催された強相関電子系国際会議でポスター発表するとともに，Physical Review Bに論文として発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
三種のドープ系の破断接合法トンネル分光の結果から, CeOs2Al10では, c-f混成ギャップV1が存在する状態で, フェルミ準位での準粒子状態密度N(EF)が前駆的に減少すると特異な反強磁性秩序が起こることが明らかになった。しかし, このN(EF)がT*で減少する要因はよく判っていない。この問題を解明するために, 今年度はキャリア密度に反比例するホール係数とN(EF)のエネルギー微分に比例する熱電能Sを三つのドープ系について測定し，磁気転移に先立つN(EF)の減少の要因を探る。これまでに， CeOs2Al10のホール係数RH (B || a, I || b)とb軸の熱電能SbではT*において減少することが判っている。また, 三種のドープ系におけるバルク物性の変化は大きく異なる。例えば, 磁化測定や中性子散乱の結果により, c-f混成強度は, La置換により4f正孔をドープしても変化しないのに対して, Re/Ir置換により5d正孔/電子をドープすると大きく増強/抑制されることが判っている。TN低下の程度は 4f正孔ドープ＜5d電子ドープ＜5d正孔ドープの順である。更に, 4f/5d正孔を僅か5%ドープした電気抵抗率に注目すると, 20 K以下で4f正孔ドープ系の電気抵抗率は増加し続けるのに対して, 5d正孔ドープ系では金属的に減少する
このように, c-f混成, TN及び伝導の変化の移り変わりが異なる三種類のドープ系の熱電能Sb及びホール係数RHの変貌を比較する。伝導における異方性と準粒子状態密度のエネルギー微分, そしてキャリア密度の側面から, T*での前駆現象の変化を比較し，混成ギャップV1と磁気転移の共存する領域でのN(EF)が減少する要因について考察する。
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Research Products
(16 results)
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[Presentation] パルスマグネットを用いた近藤半導体CeT2Al10 (T=Ru, Os, Fe)の圧力下磁気抵抗2016
Author(s)
近藤晃弘, 金道浩一, 山本昇由, 片岡真一, 谷田博司, 世良正文, 川端丈, 高畠敏郎, 西岡孝
Organizer
日本物理学会 第72年次大会
Place of Presentation
金沢大学
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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