Pressure-induced valence change in the rare earth metals; The Case of praseodymium

希土類単体金属の圧力誘起価数転移; プラセオジミウムの場合

立岩 尚之   ; 中川 彰利*; 藤尾 和彦*; 河江 達也*; 竹田 和義*

Tateiwa, Naoyuki; Nakagawa, Akitoshi*; Fujio, Kazuhiko*; Kawae, Tatsuya*; Takeda, Kazuyoshi*

希土類単体プラセオジミウム(Pr)は20GPaにおいてd-fcc結晶構造(Pr-III相)から-U型(Pr-IV相)へと結晶構造が変化する。この転移は16%に及ぶ体積収縮を伴い、Prイオンの価数転移に起因すると考えられている。高圧相では2つの4f電子が遍歴的電子状態にあると考えられる。Pr-IV相の電子状態を調べるため、われわれは32GPaまでダイヤモンドアンビルセルを用いた高圧下電気抵抗測定を行った。Pr-IV相における電気抵抗の温度依存性は上に凸の特徴を示し、4f電子はフェルミエネルギー近傍で狭い準粒子バンドを形成することが示唆される。また、Pr-IV相ではで電気抵抗異常が出現する。低温における電気抵抗の磁場依存性などから考慮して、磁気的基底状態が示唆される。の起源について議論する。

The rare earth metal praseodymium (Pr) transforms from the d-fcc crystal structure (Pr-III) to -U one (Pr-IV) at 20 GPa with a large volume collapse ( = 0.16), which is associated with the valence change of the Pr ion. The two 4f electrons in the Pr ion is supposed to be itinerant in the Pr-IV phase. In order to investigate the electronic state of the phase IV, we performed the high-pressure electrical resistance measurement using the diamond anvil cell up to 32 GPa. In the Pr-IV phase, the temperature dependence of the resistance shows an upward negative curvature, suggestting the narrow quasiparticle band of the 4f electrons near the Fermi energy. A new phase boundary is found at in the Pr-IV phase. From the temperature and magnetic field dependences of the resistance at 26 GPa, the ground state of the Pr-IV phase is suggested to be magnetic. Several possibilities for the origin of are discussed.