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Strong anharmonicity of Pr thermal vibration in heavy fermion superconductor PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$

重い電子系超伝導体PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$におけるPrの大きな非調和熱振動

金子 耕士   ; 目時 直人   ; 木村 宏之*; 野田 幸男*; 松田 達磨; 神木 正史*

Kaneko, Koji; Metoki, Naoto; Kimura, Hiroyuki*; Noda, Yukio*; Matsuda, Tatsuma; Kogi, Masafumi*

Pr系初の重い電子系超伝導体PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$において、希土類イオンが示す特異な熱振動-ラットリングについても物性への関与や超伝導との関連が議論されている。そこで、温度因子を含む詳細な構造を、回折実験より明らかにすることを目指した。単結晶中性子回折実験及びMEM解析により得られたPrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$の室温での核散乱長密度分布において、Prの分布を見ると、Sbのカゴの空隙の一つに対応する$$langle$$111$$rangle$$方向に異方的に広がっていることがわかる。また空間的に平坦な分布を持ち、単純な調和振動子モデルから大きく外れていること,半値全幅で0.5${AA}$と非常に広がっていることを見いだした。一方、8Kでは半値全幅で0.14${AA}$とOs, Sbと比較して倍近く広がっているが、室温と比べて鋭く、ガウス型の分布を持つ。また分解能の範囲で異方性はなく、最大密度がカゴの中心にあることを明らかにした。ラットリングについてオフセンター振動の可能性が示唆されているが、今回の結果は少なくともその振幅が0.1${AA}$以下であることを示している。

In order to clarify the detailed structure of PrOs$$_{4}$$Sb$$_{12}$$, single crystal neutron diffraction experiments were carried out and obtained data were analyzed by means of the maximum entropy method (MEM). A space- and time-averaged nuclear density distribution reflecting a thermal vibration can be obtained through the MEM analysis. The result unveils a widely spread Pr distribution in the Sb cage at room temperature. The Pr density has a almost flat distribution in the real space centered at the Sb cage, which reaches roughly 0.58${AA}$ in the full width at half maximum (FWHM). These features are far from the simple harmonic model, namely, the present result suggests the strong anharmonicity of the Pr potential in the Sb cage.

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分野:Physics, Condensed Matter

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