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【研究成果】希土類プラセオジムを希薄に含む化合物における単サイトの電気四極子による非フェルミ液体状態の観測 ~世界で初めて2チャンネル近藤効果の理論モデルの実験的な検証に成功~

本研究成果のポイント

  • 希土類プラセオジム(Pr)を希薄に含む化合物の純良な単結晶において、電気抵抗率と比熱が通常の金属とは全く異なる温度変化を示す非フェルミ液体の状態を見いだしました。
  • この特異な温度変化は、約30年前に理論的に予測されていた単サイトの電気四極子による2チャンネル近藤効果により説明できました。1対の4f電子がもつ電気四極子が金属中を遍歴する伝導電子によって過剰に遮蔽されたことを示唆します。
  • 純良な単結晶を絶対温度0.1 K(=-273.05℃)以下の極低温まで冷却し、比熱と電気抵抗を精密に測定することによって、温度変化の異常を捉えることに成功しました。

概要

広島大学大学院先端物質科学研究科・創発的物性物理研究拠点の鬼丸孝博 教授、同博士課程後期学生 山根悠と同大学自然科学研究支援開発センターの梅尾和則 准教授らの研究グループは、4f電子に1対の電子をもつ希土類Prを希薄に含む化合物において、電気抵抗率と比熱が従来の金属とは全く異なる温度変化を示すことを見出しました。これらの温度依存性は、Prの組成ごとに求めた特性温度を用いることでよくスケールされ、Prによる単サイトの効果を示唆します。

さらに、これらの温度依存性は、約30年前に予言された単サイトの電気四極子による2チャンネル近藤効果の理論モデルによる予測と一致します。本研究では、自己フラックス法によって作製したPr希薄系カゴ状化合物(Y(Pr)Ir2Zn20)の純良な単結晶を、液体ヘリウムを使った断熱消磁冷凍機で絶対温度0.1 K以下の極低温まで冷却し、比熱と電気抵抗を自作の測定システムによって精密に測定することにより、単サイトの非フェルミ液体的な温度変化を捉えることに成功、世界で初めて実験的に検証するに至りました。

本研究の成果は、アメリカ物理学会の速報誌「Physical Review Letters」のオンライン版に掲載されました。

図1.  (a) 通常の磁気的な近藤効果の概念図。(b)電気四極子による2チャンネル近藤効果。
局在的な4f2電子の電気四極子が、等価な二つの伝導バンドの電気四極子の成分により過剰に遮蔽される。

論文情報

  • 掲載誌: Physical Review Letters
  • 論文タイトル: Single-Site Non-Fermi-Liquid Behaviors in a Diluted 4f2 System Y1−xPrxIr2Zn20
  • 著者: 山根悠1 *鬼丸孝博2、 脇舎和平3、 松本圭介4、 梅尾和則5、 高畠敏郞
    (*責任著者)
    1.広島大学大学院先端物質科学研究科
    2.広島大学大学院先端物質科学研究科・創発的物性物理研究拠点
    3.広島大学大学院先端物質科学研究科、現・横浜国立大学大学院工学研究院
    4.広島大学大学院先端物質科学研究科、現・愛媛大学大学大学院理工学研究科
    5.広島大学自然科学研究支援開発センター
  • DOI番号: 10.1103/PhysRevLett.121.077206
【お問い合わせ先】
広島大学大学院先端物質科学研究科
広島大学創発的物性物理研究拠点
教授 鬼丸 孝博

TEL: 082-424-7027
FAX: 082-424-7029 
E-mail: onimaru*hiroshima-u.ac.jp (*は半角@に置き換えてください)


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