定荷重型加圧装置の開発とギャップ型セリウム化合物の相転移の研究

恒负荷加压装置研制及间隙型铈化合物相变研究

基本信息

批准号：
15740217
负责人：
梅尾和則
金额：
$ 2.43万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、試料の圧力が広い温度範囲で温度に依存しない定荷重方式の加圧装置を新たに開発し、CeRhAs単結晶試料の圧力下における電気抵抗、熱膨張、熱電能の温度変化の測定から、エネルギーギャップ形成機構と構造相転移との関連性を明らかにすることである。定荷重方式の加圧装置としては、室温部分にある油圧ラムの発生した荷重を長さ約140cmのステンレス棒でクライオスタット内のピストン・シリンダー型圧力セルに伝える方式を採用した。目標とした実験条件は圧力:0〜3GPa、温度:1.5〜300K、磁場:0〜10Tである。オックスフォード社製の温度可変インサート(内径約50mm)に入れるため、装置の外形は42mmとした。また、加圧棒やガイドチューブの材料として、SUS304より引っ張り強度が60%以上高いステンレス鋼SUS304N2を使用した。これにより設計上の耐荷重は13トンとなった。実際、内径5mmのシリンダーを用いて室温で圧力発生実験を行ったところ、荷重8トンでほぼ3GPaの圧力が発生することがわかった。また、低温での圧力をSnの超伝導転移の圧力変化から評価し、1GPa以上では室温と低温での圧力が良く一致することを確かめた。この装置を用いて、T_1=360K、T_2=235K, T_3=165Kで逐次構造相転移を示すCeRhAs単結晶試料の圧力下における電気抵抗、熱膨張を測定した。その結果、加圧とともにT_1は急増し、T_2とT_3は低下した。1.5GPa以上でT_2とT_3は消失し、それ以上の圧力ではT_4=100K付近に新たな1次転移が出現した。エネルギーギャップはT_4での転移の出現に伴い、急激に抑制された。このことはセリウムの4f電子と伝導バンドの混成によってギャップが形成される機構では説明できず、CeRhAsのギャップが構造相転移と密接に関連することを示唆する。これらの成果をPhysical Review Bに発表した。

本研究的目的是开发一种新型恒负载型加压装置，其中样品压力在较宽的温度范围内与温度无关，并研究CeRhAs单晶的电阻、热膨胀和热电势的温度变化。本研究的目的是通过测量来阐明能隙形成机制与结构相变之间的关系。恒载荷加压装置采用的方法是，利用一根长约140厘米的不锈钢杆，将室温下液压油缸产生的载荷传递到低温恒温器内的活塞缸压力单元。目标实验条件为压力：0-3GPa，温度：1.5-300K，磁场：0-10T。该装置的外径为 42 毫米，因为它被插入牛津制造的可变温度插入件（内径约 50 毫米）中。此外，压力杆和导管的材料采用不锈钢SUS304N2，抗拉强度比SUS304高60%。结果，设计承载能力为13吨。事实上，当我们在室温下使用内径为5毫米的气缸进行压力产生实验时，我们发现在8吨的负载下会产生约3GPa的压力。我们还根据Sn超导转变期间的压力变化评估了低温下的压力，并确认室温和低温下的压力远高于1GPa。使用该设备，我们测量了 CeRhAs 单晶样品在压力下的电阻和热膨胀，显示了 T_1=360K、T_2=235K 和 T_3=165K 时的连续结构相变。结果，随着压力的增加，T_1迅速增加，而T_2和T_3减少。在压力高于1.5GPa时，T_2和T_3消失，而在更高的压力下，在T_4=100K附近出现新的一阶转变。随着 T_4 处跃迁的出现，能隙被迅速抑制。这不能用铈中4f电子与导带杂化形成能隙的机制来解释，并且表明CeRhAs中的能隙与结构相变密切相关。这些结果发表在《Physical Review B》上。