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Metal-insulator crossover accompanied by the dual nature of 5$$f$$ electrons with localized and itinerant charancters in $$beta$$-US$$_2$$

$$beta$$-US$$_2$$における5$$f$$電子の局在的及び遍歴的性格の二重性に伴う金属-非金属転移

目時 直人  ; 酒井 宏典  ; 山本 悦嗣 ; 芳賀 芳範 ; 松田 達磨; 池田 修悟*

Metoki, Naoto; Sakai, Hironori; Yamamoto, Etsuji; Haga, Yoshinori; Matsuda, Tatsuma; Ikeda, Shugo*

ナローギャップ半導体$$beta$$-US$$_2$$の磁気励起を中性子散乱によって研究した。5$$f$$電子は低温において強相関的性質によって局在的性格を持ち、7meVに準二重項結晶場励起が観察され、この結果は、過去の磁気的,熱力学的測定から提案された5$$f$$電子2個を伴うU$$^{4+}$$イオンを仮定した場合の結晶場レベルと一致する。昇温によって5$$f$$電子の伝導キャリアが伝導ギャップを越えて励起されることによって伝導性が大幅に回復するが、それに伴って局在的な結晶場励起が弱く、そしてブロードになり、さらに磁気的な準弾性散乱が観察され、5$$f$$電子の性格が局在的から遍歴的に変化することがわかった。

Magnetic excitation of a narrow gap semiconductor $$beta$$-US$$_2$$was studied by means of neutron scattering. At low temperatures clear crystalline electric field (CEF) excitations were observed, indicating localized character of 5$$f$$ electrons. The excitation energy $$sim$$7 meV of the pseudo doublet state is consistent with the level scheme based on 5$$f^2$$ configuration of U$$^ {4+}$$ ions, which reproduces the magnetic susceptibility, magnetization, and specific heat. With elevating temperature the conductivity recovers with 5$$f$$ carriers excited beyond the gap of 90 K. Simultaneously the CEF excitation becomes weak and broad, and is replaced by a quasi-elastic response of magnetic origin, indicating the crossover of 5$$f$$ character from localized to itinerant.

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パーセンタイル:12.72

分野:Physics, Multidisciplinary

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