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Neutron scattering study on the field-induced $$O_{xy}$$-type antiferroquadrupolar ordering of the heavy-fermion superconductor PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$

中性子散乱による重い電子系超伝導体PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$における$$O_{xy}$$型磁場誘起反強四極子秩序の研究

金子 耕士  ; 目時 直人  ; 椎名 亮輔*; 松田 達磨; 神木 正史*; 桑原 慶太郎*; Bernhoeft, N.*

Kaneko, Koji; Metoki, Naoto; Shiina, Ryosuke*; Matsuda, Tatsuma; Kogi, Masafumi*; Kuwahara, Keitaro*; Bernhoeft, N.*

Pr系重い電子系超伝導体PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$について、中性子散乱により磁場誘起反強四極子秩序の秩序変数を明らかにした。磁場の印加に伴い、秩序波数[1,0,0]の誘起反強磁性モーメントが現れることを、磁場方向[1,1,0], [0,0,1]の双方について観測した。${textit{textbf{H}}}$ $${parallel}$$ [1,1,0]の8,Tでは、0.16(10) $${mu}_{rm B}$$/Prの反強磁性モーメントが、実験精度の範囲内で磁場に平行に誘起されていることを明らかにした。この結果は、${textit{textbf{H}}}$ $${parallel}$$ [1,1,0]において、$$O_{xy}$$型の電気四極子が秩序変数であることを証拠づけている。基底状態の$${Gamma}_1$$一重項及び励起$${Gamma}_4^{(2)}$$三重項と、$$O_{xy}$$型の四極子相互作用による平均場計算は、誘起磁気モーメントの方向に加え、その磁場依存性についてもよく再現している。これらの結果は、PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$において$$O_{xy}$$型の四極子相互作用が支配的であることを示している。

Neutron scattering experiments have revealed a field-induced antiferroquadrupolar order parameter in the Pr-based heavy-fermion superconductor PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$. We observed the field-induced antiferromagnetic dipole moment with the propagation vector $$q$$ = (1 0 0) for the applied field direction both $$H parallel$$ [1 1 0] and [0 0 1]. For $$H parallel$$ [1 1 0] at 8 T, it should be noted that the induced antiferromagnetic moment of 0.16 $$mu_{rm B}$$/ Pr orients parallel to the field within our experimental accuracy. This observation is strong evidence that the $$O_{xy}$$ electric quadrupole to be the primary order parameter for $$H parallel$$ [1 1 0]. A mean-field calculation, based on $$Gamma_1$$ singlet and $${Gamma}_4^{(2)}$$ excited triplet with the $$O_{xy}$$ quadrupolar interaction, reproduces the induced moment direction and its field response. These facts indicate the predominance of $$O_{xy}$$-type antiferroquadrupolar interaction in PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$.

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分野:Materials Science, Multidisciplinary

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