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Formation of isolated three-spin system Pr-$$mu^+$$-Pr in PrPb$$_3$$

PrPb$$_3$$における孤立した3スピン系Pr-$$mu^+$$-Prの形成

伊藤 孝  ; 髭本 亘 ; 大石 一城*; 西田 信彦*; Heffner, R. H.; 青木 勇二*; Amato, A.*; 鬼丸 孝博*; 鈴木 博之*

Ito, Takashi; Higemoto, Wataru; Oishi, Kazuki*; Nishida, Nobuhiko*; Heffner, R. H.; Aoki, Yuji*; Amato, A.*; Onimaru, Takahiro*; Suzuki, Hiroyuki*

通常、金属中においてミュオンスピン$$S$$を含む孤立した少数スピン系が形成されることはないと考えられる。しかし、この予想に反し、われわれは希土類金属間化合物PrPb$$_3$$において孤立した3スピン系$$^{141}$$Pr-$$mu^+$$-$$^{141}$$Prが形成されていることを見いだした。$$mu^+$$SRスペクトルには3スピン系の形成を示す自発$$mu^+$$スピン回転が観測され、詳細な解析により等間隔で並んだ6周波数を含むことが明らかとなった。この信号は$$S$$$$^{141}$$Pr核スピン$$I_{141}$$の結合に関し、極めて異方的な増強作用が働いていることを示している。この異方的な増強は、$$^{141}$$Prにおける超微細相互作用と$$mu^+$$の電荷による際近接Prイオンのf電子状態に対する摂動を考慮することにより理解可能である。

An isolated few-spin system including a $$mu^+$$ spin $$S$$ is usually unlikely to be realized in metal. Contrary to the expectation, we actually found an isolated three-spin system $$^{141}$$Pr-$$mu^+$$-$$^{141}$$Pr in a rare-earth intermetallic compound PrPb$$_3$$. This system results in $$mu^+$$ spin precession with six frequencies at regular intervals. Such harmonic frequencies cannot be obtained only from dipolar interactions between $$S$$ and bare $$^{141}$$Pr nuclear spins $$I_{141}$$. Extremely anisotropic enhancement of the $$S$$-$$I_{141}$$ coupling is required. This enhancement can be explained by mechanism of the $$^{141}$$Pr hyperfine-enhanced nuclear magnetism and $$mu^+$$-induced perturbation on 4f-electronic state of two Pr ions next to the $$mu^+$$.

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