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Magnetic susceptibility of multiorbital systems

多軌道系の磁気帯磁率

久保 勝規 ; 堀田 貴嗣

Kubo, Katsunori; Hotta, Takashi

常磁性相における帯磁率に対する軌道縮退の効果を平均場近似の範囲内で調べる。ある結晶場下では、磁気モーメントは2つの独立したモーメント、例えばスピンモーメントと軌道モーメントの和になる。そのような場合、帯磁率は2つの異なるキュリー・ワイス則の和になり、キュリー・ワイス則からずれる。そのような振舞いは、$$d$$電子系の$$t_{2g}$$基底状態や、$$f$$電子系の$$Gamma_8$$基底状態において観測されることが期待される。この理論の適用例として、UO$$_2$$とNpO$$_2$$の帯磁率の温度依存性の違いの説明を試みる。その結果、この温度変化の違いはNpO$$_2$$の八極子モーメントの効果として、自然に理解できることがわかった。

Effects of orbital degeneracy on magnetic susceptibility in paramagnetic phases are investigated within a mean-field theory. Under certain crystalline electric fields, the magnetic moment consists of two independent moments, e.g., spin and orbital moments. In such a case, the magnetic susceptibility is given by the sum of two different Curie-Weiss relations, leading to the deviation from the Curie-Weiss law. Such behavior may be observed in $$d$$- and $$f$$-electron systems with $$t_{2g}$$ and $$Gamma_8$$ ground states, respectively. As a potential application of our theory, we attempt to explain the difference in the temperature dependence of magnetic susceptibilities of UO$$_2$$ and NpO$$_2$$. Then, we find that the difference in the temperature dependence can be naturally explained by considering the effects of the octupole moments in NpO$$_2$$.

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分野:Physics, Multidisciplinary

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