希土類化合物における超音波を用いた極低温,強磁場下での弾性特性の研究

利用超声波研究极低温和强磁场下稀土化合物的弹性性能

基本信息

批准号：
13740195
负责人：
中西良樹
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Iwate University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

充填型スクッテルダイト物質群は一般式RT_4X_<12>(R : rare-earth, T : transition metal, X : pnictogen)で記述される三元合金である。この系は構成する3つの元素を変えることにより固体物性で大変興味深い物性が出現する。特にRのサイトに入る希土類(rare-earth)を変化させることにより超伝導、重い電子系、磁気秩序、金属-絶縁体転移といった基底状態が実現する。希土類の変化、つまり4f電子の数の変化によりこの基底状態の変化が現れることから希土類の4f電子状態を明らかにすることが大きな課題であった。特に希土類化合物の基底状態、つまり低温物性を明らかにするには4f電子状態に作用する結晶場効果による4f電子の結晶場基底状態を明らかにすることが大変重要である。この基底状態について4f電子の異方的な電荷分布に起因する四重極モーメントを通してその基底状態を明らかにする有力な実験手段が超音波を用いた弾性定数の測定である。今回の研究においてR-Fe_4P_<12>(R : La, Pr, Nd)、Pr_xLa_<1-x>Fe_4P_<12>(x=0.95,0.85)、R-Ru_4Sb_<12>(R : La, Ce, Pr)、R-Pu_4P_<12>(R : Pr, Sm)について超音波を用いた物質の弾性特性の研究を行った。今回の研究において明らかになった重要な点は充填型スクッテルダイト化合物のなかでもPr化合物において基底状態がΓ_3非クラマロス2重項を有していることである。このΓ_3非クラマロス2重項がこれまで報告されている4f電子1個がその物性で大きな役割を担うCeまたはYb化合物と異なって異色の近藤効果、重い電子系の機構を実現していること、およびΓ_3非クラマロス2重項の四重極モーメントがこの系において大変重要な役割を担っていることを初めて実験的に明らかにした。これは改めて超音波を用いた弾性定数の測定が希土類化合物の基底状態を明らかにする上で有力な唯一の手段であることをも実証した。またこの充填型スクッテルダイト化合物のPrサイトを非磁性Laで置換することによりPrサイトの周期的な格子効果の重要性とPrの単イオン効果の研究もPrFe_4P_<12>について行った。その結果、PrFe_4P_<12>でははっきりしなかったPrの結晶場基底状態とその第一励起状態についても明らかにすることが出来た。この研究を通じてこの物質群におけるPr化合物においてΓ_3非クラマロス2重項の重要性を強く支持する結果を得ることが出来た。さらにPrPu_4P_<12>、SmPu_4P_<12>で出現する金属絶縁体転移近傍での弾性特性と基底状態が有する四重極モーメントと金属絶縁体転移との関わりについても議論した。その結果、四重極モーメントは露に金属絶縁体転移には関与しておらずその起源が局在した4f電子によるものでなくフェルミ面等の伝導を担う電子が大きく関与していることを明らかにした。

填充的Skutterudite材料是由一般公式RT_4X_ <12>描述的三元合金（R：稀土，T：过渡金属，X：pnictogen）。该系统通过更改构建的三个元素而导致的物理特性，从而开发出非常有趣的物理特性。特别是，更改进入R位置的稀土允许地面状态，例如超导性，重型电子系统，磁性和金属 - 绝缘体过渡。基态的这种变化是由于稀土变化而出现的，即4F电子的数量变化，因此，主要挑战是阐明稀土的4F电子状态。特别是，为了阐明稀土化合物的基态，即低温特性，由于对4F电子状态的晶体场效应，阐明4F电子的基态非常重要。由于4F电子的各向异性电荷分布，一种有前途的实验方法是通过超声波测量弹性常数，这是通过四极力矩阐明基态的。在本研究中，使用超声研究了R-FE_4P_ <12>（R：LA，PR，ND），PR_XLA_ <1-X> FE_4P_4P_ <12>（X = 0.95,0.85），R-RU_4SB_4SB_ <12>（r：l：l：l，ce，pr）和r-pu_4p。在这项研究中揭示的一个重要点是，在填充的Skutterudite化合物中，PR化合物的基态具有γ_3非 - 拉链双重doublet。该实验性揭示了这种γ_3非 - 拉罗斯双重双重运动员具有独特的近多效应和重型电子系统的机制，与CE或YB化合物不同，CE或YB化合物在其物理性能中起着重要作用，并且在该系统中的γ_3非clamaros Doublet的四倍时刻起着非常重要的作用。这再次证明，弹性常数的超声测量是阐明稀土化合物基态的唯一强大工具。此外，我们还通过用非磁性LA替换PR位点以及PRFE_4P_ <12>的单个离子效应，研究了PR位点的周期性晶格效应的重要性。结果，还可以阐明PR的晶体场基态，而PRFE_4P_ <12>尚不清楚，其第一个激发态。通过这项研究，获得了结果，即强烈支持在这组物质中PR化合物中γ_3非 - 拉莫罗群岛双重运动的重要性。此外，还讨论了还讨论了在PRPU_4P_ <12>和SMPU_4P_ <12>中出现的金属绝缘子跃迁的弹性性能以及四极矩与基态下的金属绝缘子过渡之间的关系。结果，据揭示了四极力矩与露水中的金属绝缘子过渡不涉及，也不是由局部4F电子引起的，而是负责在费米表面等的电子电源，而是大量涉及的电子。