Microscopic and systematic investigations for realization of ferromagnetic quantum critical point at zero field

零场铁磁量子临界点实现的微观系统研究

基本信息

批准号：
21K03446
负责人：
小手川恒
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03446/
关键词：
強磁性量子臨界点 CeRh6Ge4 CeZn 空間反転対称性スピン－軌道相互作用

项目摘要

量子臨界点は絶対零度における2次相転移点であり，非従来型超伝導の出現など興味深い現象が起こる舞台として広く研究されている。一般に圧力などのパラメータで相転移点を下降させることが出来れば，量子臨界点を誘起させることが出来る。しかし，秩序相が強磁性である多くの場合，いわゆる強磁性量子臨界点はゼロ磁場では実現しないと考えられてきた。今年度はCeZnの圧力下で出現する強磁性相の量子臨界点付近の詳細な相図を明らかにした。CeZnは常圧では反強磁性を示すが、約1 GPaで構造相転移を示し、磁気状態が強磁性へと変化する。このことは古くから知られていたが、本研究では更なる加圧により磁気秩序状態が消失する過程を新たに調べた。約1 GPaで12 K程度であったキュリー温度は加圧により減少し、約3 GPa程度で強磁性量子臨界点に到達するが、その直前で反強磁性と思われる別の相へ変化することが分かった。この相転移は3 K以下で起こるため、量子効果が寄与していることを伺わせ、強磁性量子臨界点の不安定性を裏付ける良い例になると思われる。また，フェリ磁性体Ce5Ru3Ga2の圧力印加実験を継続して行った。まず、常圧の250 K付近において構造相転移を示すことが分かった。圧力下において約0.4 GPaで磁気転移が消失することと共に、この構造相転移も抑制され、複雑な温度－圧力相図を示すことが明らかになった。NMR測定を行った結果、反強磁性的な磁気的相関が強い系であることが分かった。本系はキラル構造を取るため、空間反転対称性の欠如に起因した物理現象の発現も期待できる。ただし、大型の単結晶作製を何度が試みたが、現在のところ成功していいない。

量子临界点是绝对零的二阶相变点，作为发生非常规超导性等有趣现象的阶段而被广泛研究。一般来说，如果可以使用压力等参数降低相变点，则可以诱导量子临界点。然而，在许多有序相是铁磁的情况下，人们认为在零磁场下无法实现所谓的铁磁量子临界点。今年，我们揭示了 CeZn 中压力下出现的铁磁相量子临界点附近的详细相图。 CeZn在常压下表现出反铁磁性，但在约1 GPa时表现出结构相变，其磁性状态转变为铁磁性。这一点早已为人所知，但在本研究中，我们新研究了磁序状态因进一步加压而消失的过程。居里温度在约 1 GPa 时约为 12 K，随着加压而降低，并在约 3 GPa 时达到铁磁量子临界点，但就在这之前它会转变为另一个被认为是反铁磁的相。由于这种相变发生在 3 K 以下，这表明量子效应起了作用，并且被认为是支持铁磁量子临界点不稳定性的一个很好的例子。我们还继续对亚铁磁材料Ce5Ru3Ga2进行压力施加实验。首先，发现常压下250K左右会发生结构相变。在压力下，磁转变在大约0.4 GPa时消失，并且这种结构相变也被抑制，揭示了复杂的温度-压力相图。 NMR测量结果发现该体系具有很强的反铁磁磁相关性。由于该系统具有手性结构，因此也可以预期由于缺乏空间反演对称性而导致的物理现象。然而，尽管人们多次尝试生产大单晶，但迄今为止尚未取得成功。