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Single crystal growth, superconductivity and Fermi surface study of plutonium compounds

プルトニウム化合物の単結晶育成、超伝導及びフェルミ面の研究

芳賀 芳範; 青木 大*; 山上 浩志*; 松田 達磨; 中島 邦久; 荒井 康夫; 山本 悦嗣; 中村 彰夫; 本間 佳哉*; 塩川 佳伸*; 大貫 惇睦

Haga, Yoshinori; Aoki, Dai*; Yamagami, Hiroshi*; Matsuda, Tatsuma; Nakajima, Kunihisa; Arai, Yasuo; Yamamoto, Etsuji; Nakamura, Akio; Homma, Yoshiya*; Shiokawa, Yoshinobu*; Onuki, Yoshichika

PuCoGa$$_{5}$$が、これまでの重い電子系超伝導体に比べて一桁高い転移温度を持つ超伝導体であることが報告されて以来、超ウラン化合物への関心が高まっている。つい数年前までは、このような研究は欧米の限られた研究機関でのみ行われていたが、最近、日本でもNp化合物の研究が急速に発展した。Puはさらに規制が厳しいが、原研大洗研究所及び東北大金研大洗センターの協力を得て、昨年末からPu化合物の研究を開始することができた。最初の対象物質として、Wastinらにより発見された超伝導体PuCoGa$$_{5}$$を選び、これまでの115化合物研究の経験を生かして単結晶を育成した。これについて得られた成果を中心に紹介する。単結晶は、Ga-フラックス法により育成した。試料は、銅または銀のキャップに接着し、カプトンチューブに挿入・密封し、物性測定を行った。磁化率は、温度効果とともに増大し、キュリーワイス的であるが、温度に依存しないバックグラウンドが存在する。これを差し引いた逆磁化率は、100K以上の高温では0.85$$mu$$B/Puの有効磁気モーメントで説明できる。一方低温では見かけの有効磁気モーメントは減少し、0.6$$mu$$B/Pu程度となる。またこのとき、ワイス温度は-40K程度であり、Wastinらの報告と矛盾しない。

The discovery of the high-temperature in PuCoGa$$_5$$ and PuRhGa$$_5$$ promoted us to extend our research to other actinide compounds. We recently succeeded in growing single crystals of PuRhGa$$_5$$ and performed magnetic measurements and NMR study both in the normal and superconducting states in collaboration with Tohoku university. The magnetic susceptibility consists of Curie-Weiss and temperature-independent terms where the former corresponds to the paramagnetic effective moment close to the 5$$f^5$$ configuration. On the other hand, the superconducting upper critical field is anisotropic. It is explained by the anisotropic mass model with an effective mass ratio of 4, indicating the presence of quasi-two-dimensional Fermi surfaces. These characteristics are reminiscent of those observed in CeCoIn$$_5$$.

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分野:Physics, Multidisciplinary

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