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論文

New antiferromagnetic order with pressure-induced superconductivity in EuFe$$_2$$As$$_2$$

池田 修悟*; 土屋 優*; Zhang, X.-W.*; 岸本 俊二*; 亀卦川 卓美*; 依田 芳卓*; 中村 博樹; 町田 昌彦; Glasbrenner, J.*; 小林 寿夫*

Physical Review B, 98(10), p.100502_1 - 100502_6, 2018/09

 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

新規超伝導物質の発現機構を解明するためには磁性と超伝導性の関係を理解することが重要である。我々は鉄ヒ素超伝導体の一つであるEuFe$$_2$$As$$_2$$に対して$$^{57}$$Fe核共鳴前方散乱(NFS)を用い、2.4から3.0GPaの圧力範囲で、Fe副格子での反強磁性と超伝導の共存を発見した。Fe副格子の磁性状態は2.7GPaでストライプ型反強磁性から超伝導を伴う新しい反強磁性秩序へと変化した。超伝導転移温度以下で、超伝導とともに新しい反強磁性が発展しているのが、NFSの温度依存性から明らかになった。この2種類の秩序の非自明な相関は鉄系超伝導体における磁性と超伝導の新しく興味深い関係性を証明するものである。

論文

Spin polarized neutron scattering study on metal-insulator crossover in uranium dichalcogenide $$beta$$-US$$_{2}$$

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

JPS Conference Proceedings (Internet), 3, p.013011_1 - 013011_6, 2014/06

ウランカルコゲナイドの金属からモット絶縁体までの多様な物性は多くの興味を集めている。中でもダイカルコゲナイド化合物はカルコゲンや外場(磁場・圧力)によって金属-非金属の変化を示すために興味を持たれている。この講演では、最近の中性子散乱実験の結果と5$$f$$電子の性格がこの物質の物性に関与している点を示すとともに、電子構造との関連性について議論する。

論文

Analysis of magnetization behavior in magnetic semiconductor $$beta$$-US$$_{2}$$

山本 悦嗣; 立岩 尚之; 芳賀 芳範; 池田 修悟*; 酒井 宏典; 大貫 惇睦; Fisk, Z.

JPS Conference Proceedings (Internet), 3, p.011095_1 - 011095_4, 2014/06

$$beta$$-US$$_2$$ is a paramagnetic semiconductor. Chemical substitution of the sulfur site or application of hydrostatic pressure induces ferromagnetic ordering, indicating that $$beta$$-US$$_2$$ is located near the ferromagnetic instability. Application of magnetic field leads to a huge negative magnetoresistance in $$beta$$-US$$_2$$ and this behavior is discussed based on the magnetic polaron. In the present study, we study the magnetic, transport and thermal properties of $$beta$$-US$$_2$$ in detail to clarify the anomalous behavior. Magnetization measurements at low temperature can roughly be explained by a ferromagnetic cluster behavior where the number of the cluster is equal to the number of carrier estimated from Hall effect measurements, consistent with the magnetic polaron model.

論文

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

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

Journal of the Korean Physical Society, 62(12), p.1782 - 1786, 2013/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.55(Physics, Multidisciplinary)

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。

論文

Improved sensitivity of magnetic measurements under high pressure in miniature ceramic anvil cell for a commercial SQUID magnetometer

立岩 尚之; 芳賀 芳範; 松田 達磨*; Fisk, Z.; 池田 修悟*; 小林 寿夫*

Review of Scientific Instruments, 84(4), p.046105_1 - 046105_3, 2013/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:35.57(Instruments & Instrumentation)

SQUID磁束計を用いた高圧下磁化測定のために開発されたセラミックアンビルセル(mCAC)について、二つの改良点を報告する。一つ目はCuBeピストンをセラミックピストンに置き換えることで、低温における磁化バックグラウンドの増大を抑制させることができることがわかった。もう一つの改良点は、窪み付きアンビルのテストで、静水圧性のよい高圧を発生させることが可能なことが明らかにされた。

論文

Observation of a pressure-induced As-As hybridization associated with a change in the electronic state of Fe in the tetragonal phase of EuFe$$_2$$As$$_2$$

小林 寿夫*; 池田 修悟*; 阪口 友唯*; 依田 芳卓*; 中村 博樹; 町田 昌彦

Journal of Physics; Condensed Matter, 25(2), p.022201_1 - 022201_6, 2013/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:54.93(Physics, Condensed Matter)

銅酸化物に次いで高い超伝導転移温度を示す鉄系超伝導体の転位温度は、その結晶構造の変化に敏感であることが知られている。本論文では、圧力により結晶構造を変化させ、それに伴う電子状態,格子振動,超伝導性の変化をSPring-8で観測した。その結果、As-Asの混成が超伝導発現に深く関与することを発見した。なお、実験結果の解析にあたっては数値シミュレーションによる格子振動との比較が重要な役割を果たした。得られた知見をもとに、鉄系超伝導体の超伝導発現機構の解明に貢献する一方、広く物質材料の構造と機能との関係解明に寄与することが期待される。

論文

Single crystal growth and magnetic anisotropy of hexagonal PuGa$$_{3}$$

芳賀 芳範; 本間 佳哉*; 青木 大*; 中島 邦久; 荒井 康夫; 松田 達磨; 池田 修悟*; 酒井 宏典; 山本 悦嗣; 中村 彰夫; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 81(Suppl.B), p.SB007_1 - SB007_4, 2012/12

 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

We report recent progresses in single crystal preparation as well as physical properties of actinide intermetallic compounds. Flux techniques have successfully been applied for obtain- ing new compounds, including the heavy fermion superconductor NpPd$$_5$$Al$$_2$$ and related compounds. For plutonium compounds, where the radiation damage due to the $$alpha$$-decay of $$^{239}$$Pu is significant, a synthesis technique using the less-radioactive $$^{242}$$Pu isotope has been developed.

論文

Electronic structure of heavy fermion uranium compounds studied by core-level photoelectron spectroscopy

藤森 伸一; 大河内 拓雄*; 川崎 郁斗; 保井 晃; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 藤森 淳; 山上 浩志; 芳賀 芳範; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 81(1), p.014703_1 - 014703_9, 2012/01

 被引用回数:27 パーセンタイル:16.55(Physics, Multidisciplinary)

重い電子系化合物UGe$$_2$$, UCoGe, URhGe, URu$$_2$$Si$$_2$$, UNi$$_2$$Al$$_3$$, UPd$$_2$$Al$$_3$$, UPt$$_3$$及び典型的な遍歴・局在系に対して高分解能内殻光電子分光実験を行い、その電子状態に対する研究を行った。UGe$$_2$$, UCoGe, URhGe, URu$$_2$$Si$$_2$$, UNi$$_2$$Al$$_3$$の内殻スペクトルは遍歴的な化合物の内殻スペクトルに類似しており、これらの化合物ではU 5$$f$$電子はよく混成していることを示している。一方でUPd$$_2$$Al$$_3$$及びPt$$_3$$の内殻スペクトルはこれらのスペクトルとは異なっており、U 5$$f$$電子は電子相関効果が強いことを示している。

論文

Orthorhombic fluctuations in tetragonal $$A$$Fe$$_2$$2As$$_2$$ ($$A$$ = Sr and Eu)

小林 寿夫*; 池田 修悟*; 依田 芳卓*; 中村 博樹; 町田 昌彦

Physical Review B, 84(18), p.184304_1 - 184304_7, 2011/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:59.49(Materials Science, Multidisciplinary)

高い超伝導転移温度を示す鉄系超伝導体の母物質は、低温で反強磁性秩序相への転移とともに、正方晶から斜方晶への構造相転移を起こすことが知られている。このような構造相転移の原因を探るには格子振動が有力な手がかりとなる。そこで本研究では、SPring-8のビームラインを用いた核共鳴非弾性散乱によって、結晶中での鉄原子の格子振動を測定し、構造相転移との関係を調査した。さらに、第一原理計算によって格子振動を推算し、比較することによって、測定結果の解析を行った。結果として、構造相転移の付近で不連続な格子振動の変化は観測されず、構造相転移より高い温度から転移温度に向けて、徐々に変化していく様子が観測された。この結果から、構造相転移より高い温度のときから正方晶の中で斜方晶の揺らぎが存在していると結論することができる。この発見は、鉄系超伝導の超伝導発現機構の解明に向けて重要な知見を与えたと言える一方、原子力分野の材料研究の高度化に資する技術開発に繋がる成果でもある。

論文

Non-magnetic to magnetic transition under high pressure in narrow-gap semiconductor $$beta$$-US$$_2$$

立岩 尚之; 芳賀 芳範; 酒井 宏典; 池田 修悟*; 松田 達磨; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦*

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.A), p.SA103_1 - SA103_3, 2011/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.59(Physics, Multidisciplinary)

ウランカルコゲナイド化合物$$beta$$-US$$_2$$の高圧下磁化測定を行った。この物質は常圧では磁気転移を示さない。過去の電気抵抗測定から2GPa以上で圧力誘起相が存在することが示唆される。本研究では高圧下磁化測定から強磁性的相転移が1GPa以上で現れることが確認され、圧力相図が決定された。$$beta$$-US$$_2$$のウラン5f電子の結晶場基底状態はsinglet stateであることを考慮すると、希土類プラセオジム化合物Pr$$_3$$Tlなどで観測される"induced-magnetic phase"が$$beta$$-US$$_2$$の圧力下で誘起されたことが示唆される。理論モデルを用いた解析結果を報告する。

論文

Crystal structure and physical properties of trigonal NpGa$$_3$$ and Np$$_{3}$$Ga$$_{11}$$

芳賀 芳範; 青木 大*; 本間 佳哉*; 松田 達磨; 池田 修悟*; 酒井 宏典; 山本 悦嗣; 中村 彰夫; 塩川 佳伸*; 大貫 惇睦

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.A), p.SA109_1 - SA109_3, 2011/07

 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

We report reinvestigation the Np-Ga binary system. We successfully obtained NpGa$$_3$$ single crystals. Detailed investigation of the crystal structure using the single-crystal X-ray diffraction has shown that the flux-grown NpGa$$_3$$ crystallizes not in cubic but in the trigonal R$$overline{3}$$m structure. It orders ferromagnetically at 70 K with the saturation moment of 1.5 $$mu_{rm B}$$/Np. It is interesting to note that the cubic NpGa$$_3$$ orders antimagnetically at similar temperature 62 and become ferromagnetic under magnetic field with the similar saturation moment 1.6 $$mu_{rm B}$$/Np. These characteristics are understood from the structural point of view.

論文

Magnetic-field-induced metallic state in $$beta$$-US$$_2$$

杉山 清寛*; 広瀬 雄介*; 榎 健太郎*; 池田 修悟*; 山本 悦嗣; 立岩 尚之; 芳賀 芳範; 木田 孝則*; 萩原 政幸*; 金道 浩一*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.A), p.SA104_1 - SA104_3, 2011/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.08(Physics, Multidisciplinary)

Magnetic and transport properties under high magnetic field were studied on a magnetic semiconductor $$beta$$-US$$_2$$. Large magnetization reaching 1.75 $$mu_{rm B}$$ has been observed at 50 T. At the same time, resistivity decreases drastically from insulating behavior at 0 T to almost metallic characteristics at 50 T. The results are discussed based on the magnetic polaron mechanism.

論文

Magnetic field and pressure phase diagrams of uranium heavy-fermion compound U$$_2$$Zn$$_{17}$$

立岩 尚之; 池田 修悟*; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 山本 悦嗣; 杉山 清寛*; 萩原 政幸*; 金道 浩一*; 大貫 惇睦*

Journal of the Physical Society of Japan, 80(1), p.014706_1 - 014706_8, 2011/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:54.24(Physics, Multidisciplinary)

重い電子系化合物U$$_2$$Zn$$_{17}$$について53Tまでの磁化測定を行った。ネール温度$$T_{rm N}$$=9.7K以下の反強磁性状態で、32Tの強磁場中でメタ磁性転移が観測され、磁気相図が作成された。われわれは、U$$_2$$Zn$$_{17}$$の反強磁性転移の圧力効果をダイヤモンドアンビルセルを用いて行った。反強磁性転移温度は、4.7GPaまで圧力に強く依存せず、5GPa以上で加圧とともに増大する。電気抵抗の温度依存について理論解析の結果得られた、$$T^2$$項の係数$$A$$,反強磁性ギャップ$$Delta$$の圧力依存について議論する。

論文

Fermi surface properties of ferromagnet UCu$$_2$$Si$$_2$$

松田 達磨; 池田 修悟*; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範; 宍戸 寛明*; 山上 浩志; 摂待 力生*; 大貫 惇睦

Journal of the Physical Society of Japan, 79(11), p.114712_1 - 114712_4, 2010/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:61.41(Physics, Multidisciplinary)

Snフラックス法により正方晶UCu$$_2$$Si$$_2$$の単結晶育成及びドハース・ファンアルフェン効果測定に成功した。UCu$$_2$$Si$$_2$$は、温度106K以下において反強磁性転移し、続く100K以下において強磁性転移する。この強磁性状態において、5$$times$$10$$^6$$から7$$times$$10$$^7$$ Oeのドハース・ファンアルフェンシグナルを観測した。それぞれに対応するサイクロトロン有効質量は、1.4から4.2$$m_0$$で、電子比熱係数の値$$gamma=$$20mJ/K$$^2cdot$$molと矛盾がない。これらの実験結果は、5$$f$$電子を遍歴とした、スピン及び軌道分極モデルでおおまかに説明される。

論文

Magnetism and superconductivity in the new family of actinide compounds; AnPd$$_{5}$$Al$$_{2}$$

芳賀 芳範; 本間 佳哉*; 青木 大*; 池田 修悟*; 松田 達磨; 立岩 尚之; 山本 悦嗣; 中村 彰夫; 中島 健次; 荒井 康夫; et al.

IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 9, p.012046_1 - 012046_7, 2010/05

 パーセンタイル:100

It is now well recognized that 5f electrons in actinide show a variety of intriguing physical properties such as heavy fermions, various magnetic and multipolar orderings and exotic superconductivity. Particularly, superconductivity in transuranium compounds are characterized by rather higher transition temperature compared to uranium- or rare-earth-based superconductor, as well as the existence of localized-like 5f paramagnetic moments following Curie-Weiss law. Among them, NpPd$$_{5}$$Al$$_{2}$$ is the first neptunium-based heavy fermion superconductor. Detailed investigations of the magnetic and thermal properties around the upper critical field have been performed. It is shown that the large anisotropic paramagnetic moment as well as electronic specific heat existing in the normal state vanish in the superconducting state, indicating a spin-singlet pairing.

論文

Neutron scattering study on U-dichalcogenides

目時 直人; 金子 耕士; 池田 修悟*; 酒井 宏典; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範; 本間 佳哉*; 塩川 佳伸*

IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 9, p.012088_1 - 012088_8, 2010/05

 パーセンタイル:100

ウランカルコゲナイドUS$$_{2}$$は高温で半金属的、100K以下で非磁性-絶縁体的である。UTeS, USeSでは高温の振る舞いは同じだが低温で磁気秩序を示し電気抵抗は減少する。5f電子の局在-遍歴性との関連性を明らかにするため中性子散乱実験を行った。実験の結果、低温で明瞭な結晶場励起を観察した。励起エネルギー(7meV)は伝導ギャップとほとんど同じで、電気抵抗の振る舞いが変化する温度スケールと等しい。さらに100K以上でpf混成による準弾性散乱が観察された。つまり5f電子の遍歴-局在性の変化によって金属-非金属クロスオーバーが生じていると考えられる。

論文

Fermi surface properties of YbCu$$_2$$Si$$_2$$

松田 達磨; Dung, N. D.*; 芳賀 芳範; 池田 修悟*; 山本 悦嗣; 石倉 達朗*; 遠藤 豊明*; 竹内 徹也*; 摂待 力生*; 大貫 惇睦

Physica Status Solidi (B), 247(3), p.757 - 759, 2010/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:84.88(Physics, Condensed Matter)

われわれは、重い電子系YbCu$$_2$$Si$$_2$$の純良単結晶育成に成功した。電子比熱係数は150mJ/K$$^2cdot$$molと、電気抵抗における門脇-Woods関係から得られる値と矛盾がない。ドハース・ファンアルフェン効果による信号の観測に成功し、大きなサイクロトロン有効質量の観測にも成功した。これらの結果を4$$f$$電子を持たないYCu$$_2$$Si$$_2$$の結果と比較を行った結果、大きなフェルミ面のトポロジーの違いとサイクロトロン有効質量の違いがみられ、このことから、Ybの4$$f$$電子が大きくフェルミ面に寄与していることが明らかとなった。

論文

Possible existence of magnetic polaron in nearly ferromagnetic semiconductor $$beta$$-US$$_2$$

池田 修悟*; 酒井 宏典; 立岩 尚之; 松田 達磨; 青木 大*; 本間 佳哉*; 山本 悦嗣; 中村 彰夫; 塩川 佳伸*; 太田 有基*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 78(11), p.114704_1 - 114704_10, 2009/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:42.24(Physics, Multidisciplinary)

We studied the magnetic properties of a paramagnet $$beta$$-US$$_2$$ with the orthorhombic crystal structure by measuring the magnetization, magnetic susceptibility, specific heat and electrical resistivity under magnetic field and pressure. The 5$$f$$-crystalline electric field (CEF) scheme was determined from the experimental results The insulating resistivity is drastically changed to a metallic one under high pressure 8 GPa similar to that of the semimetallic Ising-type ferromagnet UTeS with the Curie temperature $$T_{rm C}$$=87 K. From these experimental results, it was concluded that $$beta$$-US$$_2$$ is in the vicinity of the ferromagnetic ordering at ambient pressure. The anomalous magnetization was analyzed on the basis of the ferromagnetic cluster and discussed from a viewpoint of the magnetic polaron.

論文

Hyperfine interactions in the itinerant system UFeGa$$_{5}$$

神戸 振作; 酒井 宏典; 徳永 陽; 中堂 博之; 安岡 弘志; 松田 達磨; 芳賀 芳範; 池田 修悟; 中村 彰夫; 山本 悦嗣; et al.

Journal of Nuclear Materials, 385(1), p.1 - 3, 2009/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.33(Materials Science, Multidisciplinary)

5f電子系では新奇な超伝導や磁性が電子相関や軌道縮退の効果で低温で見られる。例えば、われわれはNpPd$$_5$$Al$$_2$$($$T_c$$=5K)とPuRhGa$$_5$$($$T_c$$=9K)を各種測定手段で研究した。また、新奇超伝導と磁気揺らぎの関係についても考察する。それ以外には、二酸化アクチノイドAnO$$_2$$(An; U, Np, Pu, Am)も大変興味深い。$$^{17}$$O-NMRを用いて、UO$$_2$$の双極子+四極子,NpO$$_2$$の四極子+八極子を解明した。一方、PuO$$_2$$は非磁性である。このように5f電子系は低温物理学の最後の未踏領域として、魅力ある分野であるのでその展望も述べる。

論文

High pressure study on uranium heavy fermion compounds with antiferromagnetic ground state

立岩 尚之; 池田 修悟*; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 中島 美帆*; 青木 大*; 摂待 力生*; 大貫 惇睦

Journal of Physics; Conference Series, 150, p.042206_1 - 042206_4, 2009/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:13.48

重い電子系ウラン反強磁性化合物の超高圧下物性研究の結果を報告する。特にU$$_2$$Zn$$_{17}$$についての結果をおもに報告する。反強磁性転移温度$$T_{rm N}$$の圧力依存性等を高圧下電気抵抗測定を通して調べた。4.7GPaまで転移温度は顕著な圧力変化を示さないが、より高圧側で単調に増大し、8.7GPaでは$$T_{rm N}$$=12.1Kとなった。反強磁性秩序状態における電気抵抗の温度依存性を理論モデルで解析した。反強磁性ギャップの大きさなどを議論する。他の重い電子系ウラン化合物と比較してU$$_2$$Zn$$_{17}$$の電子状態は体積変化に鈍感であることが明らかにされた。

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