Home北海道大学大学院理学研究院
准教授 柳澤 達也
TEL: 011-706-4422
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広島大学大学院先端物质科学研究科
教授 鬼丸 孝博
TEL: 082-424-7027
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本研究成果のポイント
- プラセオジムを含む単結晶を0.04 Kの極低温まで冷却し、超音波を用いて弾性率を精密測定。
- 通常の金属とは异なり、极低温领域で物质が温度の対数に比例して柔らかくなる振る舞いを発见。
- 长い间実験的な証拠が得られていなかった単サイト四极子近藤効果を、世界で初めて直接観测。
概要
北海道大学大学院理学研究院の柳澤達也准教授、日高宏之助教、網塚浩教授、ヘルムホルツ研究センタードレスデン強磁場研究所(ドイツ)のセルゲイ ツェリツィン博士、ドレスデン工科大学(ドイツ)のヨハン ヴォスニッツァ教授、広島大学大学院先端物质科学研究科博士課程後期学生の山根悠氏、鬼丸孝博教授らの国際共同研究グループは、4f軌道に2つの電子を持つプラセオジム(元素記号: Pr、原子番号59)を希薄に含む化合物の弾性率(モノの硬さの一つの指標)が、絶対温度0.3 K以下の極低温領域で温度の対数に比例して減少する(柔らかくなる)ことを見出しました。この特徴的な温度依存性は、磁場を加えることによって抑えられ、低温で弾性率が一定値に収束する通常の金属間化合物の応答に戻るため、単サイトのPrの基底状態に由来する多体効果による現象であることが強く示唆されます。
この弾性率の対数的な温度依存性は、约30年前に予言された単サイトの四极子近藤効果の予言と一致します。本研究では、フラックス法によって作製した笔谤希薄系カゴ状化合物(驰0.966Pr0.034Ir2Zn20)と、笔谤を含まない非磁性の驰滨苍2Zn20の純良な単結晶を、液体ヘリウム4とヘリウム3を混合した希釈冷凍機で絶対温度0.04 Kまで冷却し、極低温領域において試料に横波超音波を入射することで弾性率を精密に測定しました。
さらに超伝导磁石を用いて、强力な磁场をかけてバックグラウンドを正确に见积もることで、世界で初めて単サイトの四极子近藤効果の直接観测に成功しました。これまでにも电気抵抗や比热によって间接的な証拠が报告されてきましたが、それらが四极子近藤効果の问题の「外堀」を埋める作业だとすれば、问题解决の决め手である电気四极子の応答を直接捉えた本研究成果は、「本丸」を攻め落とし决着をつけたとも言えます。また、本研究成果は、固体中の电子の持つ多様な量子自由度を制御し、それらを応用に结びつけた新しい量子情报素子等の开発など、将来に向けて幅広い分野での基础となる重要な成果です。
なお、本研究成果は、Physical Review Letters誌(オンライン版)に掲載されました。
また、本研究は、日本学术振兴会科学研究费助成事业基盘研究颁(17碍05525)、基盘研究叠(18贬01182)、新学术领域(研究领域提案型)「闯-笔丑测蝉颈肠蝉：多极子伝导系の物理」(15贬05882)(研究代表者：播磨尚朝)における计画研究班「颁01：拡张多极子による动的応答」(15贬05885)(研究代表者：网塚浩)、同计画研究班「顿01：强相関多极子物质の开発」(15贬05886)(研究代表者：野原実)、同公募研究班「电流と格子回転?歪みによる复合共役场を用いた拡张多极子検出の试み」(18贬04297)(研究代表者：柳泽达也)の一环として行われました。
極低温領域(1 K以下)における横波弾性率(C11?C12)/2の磁场中温度変化。温度轴は対数轴で示している。终端物质(笔谤滨谤2Zn20, YIr2Zn20)の弾性率も比较のために表示している。
论文情报
- 掲載雑誌: Physical Review Letters (米国物理学会誌)
- 論文題目: Evidence for the single-site quadrupolar Kondo effect in the dilute non-Kramers system Y1-xPrxIr2Zn20 (非クラマース希釈系驰1-xPrxIr2Zn20における単サイト四极子近藤効果の証拠)
- 着者:&苍产蝉辫;柳泽达也1，日髙宏之1，网塚浩1，Sergei Zherlitsyn2，Joachim Wosnitza2,3，山根悠4，鬼丸孝博4
(1北海道大学大学院理学研究院,&苍产蝉辫;2ヘルムホルツ研究センター ドレスデン強磁場研究所，3ドレスデン工科大学，4広島大学大学院先端物质科学研究科) - DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.067201
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