Ce115化合物の超伝導発現に対する結晶場軌道状態の影響

Effect of crystalline-electric-field states on emergence of superconductivity in Ce115 compounds

久保 勝規 ; 堀田 貴嗣

Kubo, Katsunori; Hotta, Takashi

CeMIn(M=Co, Rh, and Ir)はCe115化合物と呼ばれ、重い電子系超伝導体の中では高い超伝導転移温度を持つ。われわれはCe115において結晶場軌道状態が超伝導の発現に果たす役割を調べるために、正方格子上の軌道自由度のある電子モデルに対して、揺らぎ交換近似を適用した。本研究では全角運動量の状態を考えた。適当な結晶場パラメータを選ぶことにより、結晶場分裂を固定したまま、結晶場固有状態の波動関数を変化させることができる。結晶場分裂の大きさを固定する限りフェルミ面の形状はほとんど変化しないが、結晶場軌道状態を変化させると、基底状態は常磁性,反強磁性,波超伝導状態に変化する。よって、このような軌道自由度のある系においてはフェルミ面の形状や電子の数だけではなく、結晶場の軌道状態も超伝導をコントロールするパラメータになりうるということがわかった。われわれはさらに、中性子散乱と熱膨張の実験結果から、Ce115の結晶場軌道状態を解析した。そこで得られた結晶場軌道状態を用いると、これらの物質におけるの変化の仕方はわれわれの理論計算の結果とよく合うということがわかった。

Among heavy fermion superconductors, superconducting transition temperetures of CeMIn (M=Co, Rh, and Ir), so-called Ce115, are relatively high. We study the role of crystalline electric field (CEF) orbital statesin emergence of superconductivity in Ce115, we consider -electron model on a square lattice. In this study we condiser electron states with the total angular momentum . By choosing appropriate CEF parameters,we change CEF wave-function without changing CEF level splittings. While Fermi surface does not change so much,as long as CEF level splittings are fixed,ground state changes among paramagneti, antiferromagnetic, and superconducting states depending on the CEF state. Thus, the CEF orbital state is an important ingredient for controlling superductivity. We also analize CEF orbital states in Ce115 by using experimental results of neutron scattering and thermal expansion, and we find that the variation of in Ce115 can be explained by our theory.