非クラマース配置を持つ電子系の新しい秩序状態と近藤効果の理論

非Kramers构型电子系统新有序态与近藤效应理论

基本信息

批准号：
11J03333
负责人：
星野晋太郎
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

物性物理学において電子の遍歴・局在性は基本的かつ重要な問題である。本研究で特に動機となるのはPrFe_4P_<12>という局在性の強いf電子を一原子あたり2個持つ物質であり、この系ではf電子の挙動が遍歴と局在の狭間に位置している。ゆえにこの振る舞いを解明することは電子の遍歴・局在性に対する理解の深化につながる。これまでの研究において、PrFe_4P_<12>で観測されている秩序状態は近藤一重項(遍歴的f電子)と結晶場一重項(局在的f電子)が交互に並ぶ秩序によって説明できることを示した。研究計画ではPrFe_4P_<12>のさらなる理解のために、(100)や(110)方向の磁場下の重い電子形成機構を明らかにすることを目的とした。磁場効果は結晶場効果を増強して局在性を強めると考えられる。これまで解析したPrFe_4P_<12>のモデルに対して結晶場効果を増大させていくと、秩序は壊れ非秩序相へと1次転移する。有効質量を計算すると、非秩序相においてf電子は局在的に振る舞っているにもかかわらず重い電子が形成されていることが明らかとなった。この重い電子状態は実験で観測されたPrFe_4P_<12>のフェルミ面がf電子を持たないLaFe_4P_<12>のフェルミ面に類似しているという事実とコンシステントである。通常はf電子が遍歴性を獲得して重い電子を形成するため、本研究の結果はこれと対照的である。さらにモデルに対してf電子希釈効果を調べると、強磁性が現れることも明らかにした。この結果はPrFe_4P_<12>においてPrをLaで置換すると強磁性が現れる実験結果と対応する。本研究の理論的視点は一原子あたりf電子を1個持つ系における遍歴・局在性に対しても示唆を与えた。すなわち、反強磁性のような秩序相では単位胞あたりf電子が2個存在する状況になるため、上記と同様の物理を含む。このような系を記述するモデルを解析した結果、実験的に観測されているCeRh_<1->xCo_xIn_5,CeRu_2(Si_xGe_<1-x>)2,UGe_2,CeRu_2A_<10>の相図をシンプルなモデルから統一的に説明できることを示した。

电子漂移和局域化是凝聚态物理中的基本和重要问题。这项研究的主要动机是 PrFe_4P_<12>，这是一种每个原子具有两个高度局域化 f 电子的材料。因此，阐明这种行为将有助于更深入地了解电子的流动和局域性质。在我们之前的研究中，我们发现 PrFe_4P_<12> 中观察到的有序态可以用近藤单线态（巡回 f 电子）和晶体场单线态（局域 f 电子）交替排列的顺序来解释。该研究项目的目的是阐明（100）和（110）方向磁场下重电子形成的机制，以进一步了解PrFe_4P_<12>。认为磁场效应增强了晶体场效应并强化了局域化。在迄今为止分析的PrFe_4P_<12>模型中，当晶体场效应增加时，有序性被破坏并经历一级转变为无序相。计算有效质量表明，尽管 f 电子具有局部行为，但重电子是在无序相中形成的。这种重电子态与实验观察到的PrFe_4P_<12>的费米面与LaFe_4P_<12>的费米面相似且不具有f电子的事实相一致。我们的结果与此相反，因为 f 电子通常具有流动特性并形成重电子。此外，当我们研究f电子稀释对模型的影响时，我们发现出现了铁磁性。该结果与PrFe_4P_<12>中的Pr被La取代时出现铁磁性的实验结果相对应。这项研究的理论视角还对每个原子具有一个 f 电子的系统的巡回和局域特性给出了启示。换句话说，在反铁磁性等有序相中，每个晶胞有两个 f 电子，因此它涉及与上述相同的物理原理。通过分析描述此类系统的模型，我们发现实验观察到的 CeRh_<1->xCo_xIn_5,CeRu_2(Si_xGe_<1-x>)2,UGe_2,CeRu_2A_<10> 相图可以简化为结果表明，从模型上可以统一解释。