研究内容
磁場による新しい電子相
強相関ｆ電子系の磁場中の奇妙な電子状態
量子臨界点近傍では非フェルミ液体や重い電子状態など異常な電子状態が出現します。これらの状態に磁場を印加した場合もフェルミ面の大きさは電子のスピンの方向によらないのに、電子の有効質量がスピンの方向によって大きく異なるたいへん奇妙な電子状態が出現することを見出しました。このような状態は通常の常磁生体、磁性体では見られないので、強相関ｆ電子系の特徴を反映していると考えられます。強相関ｆ電子系では近藤効果とRKKY相互作用がその物性を支配していると考えられています。このふたつの効果はともに伝導電子とほとんど局在したｆ電子との相互作用から生じており、局在ｆ電子の磁性に対して反対の効果を及ぼすので、競合的な関係にあります。磁場中ではそれらと磁場との競合によって、このような奇妙な状態が生じると思われます。
圧力の印加や合金化によって、近藤効果とRKKY相互作用の相対的な大きさを変化させることができます。圧力や合金の濃度を変化させて、この磁場中での奇妙な電子状態がどのように変化するかを調べています。
(左) CeIn3のdHvA効果信号の基本周波数成分、およびその倍振動成分。スピンの方向に依存する有効質量、および磁場に依存する有効質量のために、奇妙なビート構造を持つ。
(右) 31万気圧の圧力を加えて観測したCeIn3のdHvA効果信号。圧力の印加によってRKKY相互作用と近藤効果の相対的な大きさの関係を変えることができる。
メタ磁性転移
磁場を加えるとある磁場で磁化が急激に増大する現象が起こることがあります。この現象はメタ磁性転移と呼ばれ、局在した磁気モーメントを持つ反強磁性体ではよく見られる現象です。CeRu2Si2は無磁場では常磁性体ですが、磁場を加えるとメタ磁性転移を起こします。メタ磁性転移は通常１次の相転移ですが、CeRu2Si2でおこるメタ磁性転移はクロスオーバーであると考えられています。メタ磁性転移を起こす近傍では電子の有効質量が増大するとともに、メタ磁性転移をまたいでフェルミ面が大きく変化し、あたかもｆ電子が遍歴的な状態から、局在的な状態に変化するように見えます。このメタ磁性転移のメカニズムはこれまで多くの研究がありますが、いまだに、解明がなされていません。
我々は、CeRu2Si2のSiをGeに置換することにより、化学的に負の圧力を加え、磁性の変化と電子状態の変化を調べました。驚くべきことに、純良で欠陥のない単結晶でしか観測できないdHvA効果がGeをたくさん置換した試料でも明瞭に観測できました。すなわちGe置換は電子状態に乱れの効果をほとんど与えないで、負の圧力効果与えていることを示しています。これらの研究から、CeRu2Si2のメタ磁性転移は反強磁性の量子臨界点および１次のメタ磁性転移の絶対零度での終点と密接に関係した現象であることがわかりました。
また、メタ磁性転移より高い磁場では電子状態はCeRu2Ge2からCeRu2Si2までフェルミ面および電子状態は連続的につながっていることがわかりました。これらにより、メタ磁性転移磁場後の電子状態の解明やメタ自制のメカニズムの解明に大きく前進しました。
CeRu2(GexSi1-x)2の温度-Ge濃度（単位格子体積）および磁場-Ge濃度（単位格子体積）面での磁気相図。温度-Ge濃度（単位格子体積）面でのTN、TCはそれぞれ反強磁性転移温度、強磁性転移温度を表す。TLは反強磁性内の別な反強磁性相。 Tmは近藤温度に対応する。反強磁性転移は単位格子体積Vuc = 172.9（Å3）、Ge濃度約１２％で消失する。磁場-Ge濃度（単位格子体積）面でのBa、Bb、Bcは1次のメタ磁性転移磁場を表す。Bmはクロスオーバーのメタ磁性転移磁場を表す。一次のメタ磁性転移はVuc近傍でクロスオーバーへと変化する。
CeRu2(GexSi1-x)2のメタ磁性転移磁場より高い磁場領域でのdHvA振動の周波数のGe濃度変化。周波数（フェルミ面）の大きさが連続的にCeRu2Si2からCeRu2Ge2まで連続的に変化していることを示している。
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物理学専攻 電子物理学講座
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