軌道自由度に関する臨界点近傍のゆらぎによる効果についての理論的研究

临界点附近涨落对轨道自由度影响的理论研究

• 批准号: 17740227
• 负责人: 瀧本 哲也
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17740227/
• 关键词: 充填スクッテルダイト化合物; 金属絶縁体転移; 十六重極子秩序

「研究目的」では、スピン秩序相付近と軌道秩序相付近の両方を扱える理論を構築し、これらのゆらぎからの様々な物理量への寄与を明らかにし、特に軌道自由度に関する量子臨界点付近での異常性を調べる、とした。報告者は対象物質として充填スクッテルダイト化合物を選んだ。この系は立方晶の結晶構造を持ち、希土類イオンの充填に伴ってf-電子の縮重度(軌道自由度)により多くの興味深い物性を示す。その中の代表物質の一つであるPrRu_4P_<12>は温度の低下に伴って63Kにおいて金属相から非磁性絶縁体相への金属絶縁体転移を示す。最近の実験結果によると、この低温相ではPrイオン周辺の対称性を保ったまま構造変化を起こし、二つの副格子から成っていることが示された。同時に、一方の副格子のPrイオンの結晶場基底状態は高温相と同じであるが、他方の副格子では第一励起状態と入れ替わっていることが観測された。従来はこの金属絶縁体転移にはf-電子は関わっていないと考えられていたため、これらの実験結果の解釈が問題とされていた。報告者はこの現象に対して微視的理論を展開した。軌道縮退周期的アンダーソン模型から出発し、Schrieffer-Wolff変換を用いてスピン秩序相付近と軌道秩序相付近の両方を扱える有効ハミルトニアンを導出した。PrRu_4P_<12>に対してすでに知られている条件を課すと、有効ハミルトニアンは通常のf-電子と伝導電子の擬スピン間の交換相互作用項と、局所的な対称性を破らないf-電子の十六重極子と伝導電子の電荷密度の積に比例した項から成ることが示された。さらにPrイオンの結晶場基底状態が擬スピン一重項であることにより、擬スピン秩序転移が抑えられる一方で十六重極子秩序転移が誘発され同時に伝導電子の状態密度にエネルギーギャップが生じた。この秩序状態は上述の実験結果を矛盾なく説明するため、報告者はPrRu_4P_<12>の異常性である金属絶縁体転移がf-電子の内部自由度である十六重極子の反強的秩序によるものだと提案した。

“研究目的”是构建一种既能处理自旋有序相附近又能处理轨道有序相附近的理论，阐明这些涨落对各种物理量的贡献，特别是研究量子临界点附近对以下方面的影响：我们决定调查这个异常情况。记者选择了一种填充方钴矿化合物作为目标物质。该系统具有立方晶体结构，并且由于填充稀土离子时 f 电子的简并性（轨道自由度）而表现出许多有趣的物理性质。 PrRu_4P_<12>是代表性材料之一，随着温度降低，在63K时表现出从金属相到非磁性绝缘体相的金属-绝缘体转变。最近的实验结果表明，这种低温相在保持 Pr 离子周围对称性的同时发生结构变化，并且由两个亚晶格组成。同时观察到一个亚晶格中Pr离子的晶场基态与高温相相同，但在另一个亚晶格中被第一激发态取代。此前，人们认为 f 电子不参与这种金属-绝缘体转变，因此对这些实验结果的解释存在问题。演讲者针对这种现象提出了微观理论。从轨道简并周期Anderson模型出发，我们推导了一个有效的哈密顿量，它可以使用Schrieffer-Wolff变换处理接近自旋有序相和接近轨道有序相。对 PrRu_4P_<12> 施加已知条件，有效哈密顿量由正常 f 电子和传导电子赝自旋之间的交换相互作用项以及不破坏局域对称性的 f 电子组成。它由与六极子和传导电子的电荷密度的乘积成比例的项组成。此外，由于Pr离子的晶场基态为赝自旋单重态，赝自旋有序跃迁受到抑制，同时引发六极有序跃迁，同时在传导电子的态密度中产生能隙。由于这种有序态一致地解释了上述实验结果，作者认为，PrRu_4P_<12>的反常性质金属-绝缘体转变是六极子的反强有序性，即内部自由度有人认为这是由于 f 电子。

项目成果

Hexadecapole order in Pr-skutterudite

镨方钴矿中的十六极阶

• 期刊: Physica B (accept)
• 作者: M.Chiba;G.A.Petrakovskii;H.Kikuchi;Y.Fujii;T.Fujita;M.Kumakura;S.Mitsudo;Sakakibara et al.;Tayama et al.;瀧本 哲也
• 通讯作者: 瀧本 哲也