Spin and orbital structure of uranium compounds on the basis of a - coupling scheme

-結合描像に基づくウラン化合物のスピン及び軌道構造

堀田 貴嗣

Hotta, Takashi

微視的な観点からウラン化合物の磁気構造を理解するために、軌道自由度の役割を議論する。典型物質としてはUMGa(M=Ni, Pt)及びUGaを取り上げる。f電子系における軌道とスピンの意味を明らかにするために、まず、局所的f電子状態に対する-結合描像の妥当性を検討する。そして、ウラン化合物の磁気構造を調べるための理論モデルとして、-結合描像に基づいて構築された軌道縮退ハバード模型を提案する。立方晶の場合にこの模型を数値的手法で解析し、AuCu構造を持つウラン化合物に対する実験結果と定性的に一致する相図を得る。さらに、正方晶の効果を取り入れて、UNiGaとUPtGaで見られるG-型からA-型への磁気構造の変化を説明する。最後に、ここで述べた微視的理論の将来の課題について議論をする。

Key role of orbital degree of freedom to understand the magnetic structure of uranium compounds is discussed from a microscopic viewpoint by focusing on typical examples such as UMGa (M=Ni and Pt) and UGa. In order to clarify the meanings of orbital and spin in -electron systems, first we examine the validity of a - coupling scheme to compose local -electronic states. Then, an orbital degenerate Hubbard model constructed from the - coupling scheme is provided to investigate the magnetic structure of uranium compounds. By analyzing the model Hamiltonian in the cubic system with the use of numerical technique, we obtain the phase diagram consistent with the experimental results for AuCu-type uranium compounds. Furthermore, taking account of tetragonal effects, an orbital-based scenario is proposed to understand the change in the magnetic structure from G- to A-type antiferromagnetic phases, experimentally observed in UNiGa and UPtGa. Finally, we discuss future problems included in the microscopic theory along the direction presented here.