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NpPd$$_5$$Al$$_2$$の5$$f$$電子状態と重い電子状態の起源

5$$f$$-electron states in NpPd$$_5$$Al$$_2$$ and the origin of the heavy fermion state

目時 直人   ; 青木 大*; Griveau, J.-C.*; 大槻 純也*

Metoki, Naoto; Aoki, Dai*; Griveau, J.-C.*; Otsuki, Junya*

重い電子系超伝導体NpPd$$_5$$Al$$_2$$は、ほぼ三価の非クラマースイオンのNp$$^{3+}$$(5$$f^4$$)が実現し、全角運動量$$J$$=4はPr$$^{3+}$$と同じである。帯磁率と磁化曲線の定量的解析から一重項$$Gamma_1$$基底状態の約49K上に二重項$$Gamma_5$$第一励起状態が存在することが明らかになった。一重項では近藤効果は生じないため、NpPd$$_5$$Al$$_2$$の重い電 子状態には2チャンネル近藤効果を示しうる$$Gamma_5$$が関与することが明白である。NpPd$$_5$$Al$$_2$$の低温比熱は(i)近藤温度が分裂幅程度の重い電子状態と(ii)局在 ショットキーに分解して定量的に説明できる。AmPd$$_5$$Al$$_2$$まで一連の化合物の$$f$$電子状態を$$j$$-$$j$$結合描像で表すと$$LS$$結合描像と対応づけができる。Pu及びNp化合物はそれぞれCe及びU化 合物のホール版とみなせ、$$Gamma_1$$はPrT$$_2$$X$$_{20}$$と同じ機構で安定化する。Pr(電子)とNp(ホール)同じ機構の$$Gamma_1$$が超伝導を示すのは非常に興味深い。

Non-Krammers trivalent Np$$^{3+}$$(5$$f^4$$) ion in the heavy fermion superconductor NpPd$$_5$$Al$$_2$$ shows $$J$$=4, similar to Pr$$^{3+}$$. We determined the singlet ground state of $$Gamma_1$$ and the first excited doublet of $$Gamma_5$$ above 49 K from the quantitative analysis of the magnetic susceptibility and the magnetization curve. The $$Gamma_5$$ must contribute to the heavy fermion, since the singlet ground state $$Gamma_1$$ alone cannot, where 2-channel Kondo effect appears based on $$Gamma_5$$. The low-temperature specific heat of NpPd$$_5$$Al$$_2$$ can be explained with the superposition of the heavy fermion state and localized Schottky anomaly, where the total entropy was maintained $$R$$ln3 for pseudo-triplet state. The $$LS$$-coupling scheme of AnPd$$_5$$Al$$_2$$ can be described by the corresponding $$j$$-$$j$$ coupling scheme, where Pu and Np are the hole version of Ce and Pr. The $$Gamma_1$$ in NpPd$$_5$$Al$$_2$$ is stabilized with the same mechanism as in PrT$$_2$$X$$_{20}$$, both exhibit the unconventional superconductivity.

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