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Hyperfine-enhanced nuclear magnetism in $$^{141}$$Pr-based compounds observed by muon spin relaxation

ミュオンスピン緩和法による$$^{141}$$Pr系における増強核磁性の観測

伊藤 孝  ; 髭本 亘 ; 大石 一城; 西田 信彦*; 柄木 良友*; 石本 英彦*

Ito, Takashi; Higemoto, Wataru; Oishi, Kazuki; Nishida, Nobuhiko*; Karaki, Yoshitomo*; Ishimoto, Hidehiko*

近年、非磁性の基底状態を持つ$$^{141}$$Pr系において新奇な現象が相次いで見つかり、注目を集めている。$$mu$$SR法による研究では共通して異常な緩和が報告されており、原因として増強核磁性が議論されている。ヴァンヴレック常磁性体PrPt$$_5$$は増強核磁性を示す典型的な系である。1.7mKにおける核磁気秩序を含めよく研究されており、増強核磁性と異常なミュオンスピン緩和の関係を調べるのに格好の物質である。われわれはPrPt$$_5$$$$mu$$SR測定を行い、核双極子磁場から予想されるよりずっと大きな局所磁場を観測した。これは超微細相互作用により4$$f$$電子の磁気モーメントが誘起されていることを示唆している。局所磁場の揺らぎは数MHz程度であり、核磁気秩序温度からの見積もりとよく一致する。本研究により、$$^{141}$$Pr系における異常なミュオンスピン緩和が増強核磁性によって矛盾なく説明できること、及び$$mu$$SRがその諸性質を調べるための優れたプローブであることがわかった。

Several novel phenomena about higher order multipoles have recently been found in $$^{141}$$Pr-based compounds with a nonmagnetic crystalline-electric-field (CEF) ground state. Previous $$mu$$SR studies in such compounds reported an anomalous muon spin relaxation at low temperatures in spite of the CEF ground state with the nonmagnetic nature, and a hyperfine-enhanced nuclear magnetism was discussed as the origin. A Van-Vleck paramagnet PrPt$$_5$$ is a typical system of the enhanced nuclear magnetism, which exhibits a ferromagnetic nuclear ordering at $$T_c$$=1.7 mK. This compound has been well characterized and is an ideal system to clarify a relation between the enhanced nuclear magnetism and the anomalous muon spin relaxation in $$^{141}$$Pr-based compounds. We performed $$mu$$SR measurements down to 50 mK. An internal field observed at the muon site is much larger in magnitude than ones due to bare nuclear dipole moments, suggesting an induction of 4$$f$$ magnetic moments. A fluctuation rate $$nu$$ of the field was estimated in the order of a few MHz and the value for $$nu$$ is consistent with one estimated from $$T_c$$. Our observations demonstrate that the $$mu$$SR is an ideal tool to investigate the dynamics of the hyperfine-enhanced nuclear spins in $$f$$ electron systems.

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