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論文

X-ray absorption spectroscopy in the heavy Fermion compound $$alpha$$-YbAlB$$_4$$ at high magnetic fields

寺島 拓*; 松田 康弘*; 久我 健太郎*; 鈴木 慎太郎*; 松本 洋介*; 中辻 知*; 近藤 晃弘*; 金道 浩一*; 河村 直己*; 水牧 仁一朗*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 84(11), p.114715_1 - 114715_4, 2015/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:24.12(Physics, Multidisciplinary)

$$alpha$$-YbAlB$$_4$$ shows strong valence fluctuation as well as heavy fermion behavior at low temperatures. It has been theoretically suggested that the quantum criticality owing to the valence fluctuation found in Yb ions plays an important role in the peculiar properties of this material. In this work, we measured the X-ray absorption spectra (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) at the L3 edge of Yb ions in high magnetic fields of up to 40 T. It is found that the XAS are almost independent of the magnetic field at 2 K, which proves that there is no significant valence change in this field range. The XMCD spectrum exhibits a distinct negative peak at the low-energy side of the L3 edge as well as the main positive peak near the white line. The negative XMCD peak is attributed to the quadrupole transition between the 2p and 4f states, and gives us microscopic information on the 4f state. This finding supports the recent theoretical proposal that $$|J_Z=pm5/2rangle$$ is the ground state of the localized Yb magnetic moment, where $$J_Z$$ is the z-component of the total angular momentum of Yb$$^{3+}$$.

論文

Perturbation on hyperfine-enhanced $$^{141}$$Pr nuclear spin dynamics associated with antiferroquadrupolar order in PrV$$_2$$Al$$_{20}$$

伊藤 孝; 髭本 亘; 酒井 明人*; 中辻 知*; 辻本 真規*

Physical Review B, 92(12), p.125151_1 - 125151_5, 2015/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:17.86(Materials Science, Multidisciplinary)

The nature of multipolar order and hyperfine-enhanced (HE) $$^{141}$$Pr nuclear spin dynamics in PrV$$_2$$Al$$_{20}$$ was investigated using the muon spin relaxation technique. No explicit sign of time-reversal symmetry breaking was found below the multipolar order temperature $$T_Qsim 0.6$$K in a zero applied field as anticipated on the basis of the antiferroquadrupolar (AFQ) order picture proposed by Sakai and Nakatsuji [J. Phys. Soc. Jpn. ${bf 80}$, 063701 (2011)]. Further evidence of the nonmagnetic ground state was obtained from the observation of HE $$^{141}$$Pr nuclear spin fluctuations in the MHz scale. A marked increase in the muon spin-lattice relaxation rate (1/$$T_{rm 1,mu}$$) was observed below 1K with decreasing temperature, which was attributed to the perturbation on the HE $$^{141}$$Pr nuclear spin dynamics associated with the development of AFQ correlations.

論文

Large trigonal-field effect on spin-orbit coupled states in a pyrochlore iridate

植松 大介*; 佐賀山 基*; 有馬 孝尚*; 石川 洵*; 中辻 知*; 高木 英典*; 吉田 雅洋*; 水木 純一郎; 石井 賢司

Physical Review B, 92(9), p.094405_1 - 094405_6, 2015/09

 被引用回数:18 パーセンタイル:68.15(Materials Science, Multidisciplinary)

The half-filled topmost valence band of Ir$$^{4+}$$ in several iridates such as Sr$$_2$$IrO$$_4$$, IrO$$_2$$, and CaIrO$$_3$$ has been proposed to originate mainly from the spin-orbit coupled $$J_{rm eff}=1/2$$ states. In pyrochlore iridates $$R_2$$Ir$$_2$$O$$_7$$ ($$R$$: rare earth), some exotic electronic states are theoretically proposed by assuming $$J_{rm eff}=1/2$$ states. However, the octahedral coordination around Ir is trigonally distorted, which may affect the energy level scheme of Ir $$5d$$ states. Here, we report spectra of resonant elastic and inelastic X-ray scattering in Eu$$_2$$Ir$$_2$$O$$_7$$ at the Ir $$L$$ edges. A large suppression of the magnetic scattering signal at the Ir $$L_{rm II}$$ edge supports the $$J_{rm eff}=1/2$$ picture rather than the $$S=1/2$$ one. The inelastic scattering spectrum indicates that the magnitude of the trigonal field on the Ir$$^{4+}$$ states is evaluated to be comparable to the spin-orbit interaction. The energy diagram of the $$5d$$ state is proposed based on the simple cluster model.

論文

Synchrotron X-ray spectroscopy study on the valence state and magnetization in $$alpha$$-YbAl$$_{1-x}$$Fe$$_x$$B$$_4$$ ($$x=0.115$$) at low temperatures and high magnetic fields

寺島 拓*; 松田 康弘*; 久我 健太郎*; 鈴木 慎太郎*; 松本 洋介*; 中辻 知*; 近藤 晃弘*; 金道 浩一*; 河村 直己*; 水牧 仁一朗*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 592(1), p.012020_1 - 012020_6, 2015/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:46.84

価数転移に伴う量子臨界現象が理論的に提案され、希土類金属間化合物における価数揺動現象が注目を集めている。最近、$$beta$$-YbAlB$$_4$$がチューニングなしで量子臨界を示すことと強い混合原子価状態にあることが見出された。この研究では我々は$$alpha$$-YbAl$$_{1-x}$$Fe$$_x$$B$$_4$$ ($$x=0.115$$)について磁化曲線とX線吸収を測定した。この物質は、局所的には$$beta$$-YbAlB$$_4$$と同一構造をもつ多形である。磁化測定とX線測定はそれぞれ55Tと40Tまで行った。Yb価数のわずかな上昇が磁化曲線が傾きの変化を示す磁場で観測された。

論文

Magnetic excitations and $$c$$-$$f$$ hybridization effect in PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$ and PrV$$_2$$Al$$_{20}$$

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 酒井 明人*; 中辻 知*; 播磨 尚朝*

Physical Review B, 88(8), p.085124_1 - 085124_7, 2013/08

 被引用回数:27 パーセンタイル:77.13(Materials Science, Multidisciplinary)

Pr$$Tr$$$$_2$$Al$$_{20}$$ ($$Tr$$=Ti, V)は、高温では近藤効果による重い電子状態を示唆する振る舞いが観測され、一方、低温では多極子秩序と考えられる相転移を示し、さらにより低温で超伝導が出現する非常に興味深い系である。我々はこの物質について初めてとなるNMR研究を行い、微視的観点からその電子状態の解明を行った。その結果、スピン格子緩和時間の測定から、この系ではf電子と伝導電子との間に強い混成効果が存在し、それがTi系からV系へ移行するとともに強まっていることを確認した。さらにTi系物質において多極子ゆらぎに起因すると思われる緩和時間の異常な振る舞いも観測した。これまで超伝導はTi系でのみ観測されており、今回のNMR研究の成果は、この系における超伝導と多極子揺らぎの関係を理解する上で重要な指針を与えている。

論文

Synchrotron X-ray spectroscopy study on the valence state in $$alpha$$- and $$beta$$-TbAlB$$_4$$ at low temperature and high magnetic fields

松田 康弘*; 中村 俊幸*; 久我 健太郎*; 中辻 知*; 道村 真司*; 稲見 俊哉; 河村 直己*; 水牧 仁一朗*

Journal of the Korean Physical Society, 62(12), p.1778 - 1781, 2013/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:57.28(Physics, Multidisciplinary)

$$alpha$$-および$$beta$$-YbAlB$$_4$$中のYbイオンの価数をX線吸収および発光分光で2Kから280Kの温度範囲で測定した。価数は温度とともに3価に向かってゆっくり増加し、価数揺動の特性温度は約290Kと分かった。40Kで32Tまでの磁場を印可しYbの価数のわずかな増加($$sim$$0.002)も観測した。

論文

Microscopic evidence for long-range magnetic ordering in the $$Gamma$$$$_{8}$$ ground quartet systems Sm$$Tr$$$$_{2}$$Al$$_{20}$$ ($$Tr$$: Ti, V, Cr)

伊藤 孝; 髭本 亘; 二宮 和彦; 酒井 明人*; 中辻 知*

Journal of the Physical Society of Japan, 81(Suppl.B), p.SB050_1 - SB050_4, 2012/12

f電子系化合物$$RT_2$$Al$$_{20}$$ ($$R$$: Pr, Sm, $$T$$: Ti, V, Cr)は特異な籠状構造に起因する興味深い物性を示す。$$R$$イオンは16個ものAl原子からなる「籠」に内包されており、$$R$$サイトには対称性の高い結晶場が生じる。これにより多極子自由度が活性な結晶場基底が形成され、低温において多極子秩序が生じる。一方、多数のAl原子が$$R$$イオンに配位することにより、顕著な$$cf$$混成が生じる。$$cf$$混成の度合いは$$T$$元素の置換によってチューン可能であることから、多極子秩序に関する量子臨界性の系統的研究が可能な系として注目を集めている。本研究では、上述の議論の前提となっている多極子秩序を微視的な観点から検証するために、PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$及びSm$$T_2$$Al$$_{20}$$($$T$$: Ti, V, Cr)に対して$$mu$$SR測定を行った。その結果、PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$及びSm$$T_2$$Al$$_{20}$$($$T$$: Ti, V, Cr)の秩序変数が、それぞれ電気四極子と磁気多極子であることが明らかになった。

論文

Spin-orbital short-range order on a honeycomb-based lattice

中辻 知*; 久我 健太郎*; 木村 健太*; 佐竹 隆太*; 片山 尚幸*; 西堀 英治*; 澤 博*; 石井 梨恵子*; 萩原 政幸*; Bridges, F.*; et al.

Science, 336(6081), p.559 - 563, 2012/05

 被引用回数:105 パーセンタイル:95.88(Multidisciplinary Sciences)

フラストレートした磁性体においても最低温度まで乱れが残る場合がある。その一例がBa$$_3$$CuSb$$_2$$O$$_9$$であり、微視的に見ると磁気的に非対称である一方、長さ,時間スケールともに平均的に見ると対称な状態にある。われわれは、この物質において静的なヤーンテラー歪を示すことなくCu$$^{2+}$$イオンのハニカム格子が、フラストレートした状態にあることを見いだした。このハニカム格子においては、スピン1/2同士が2次元的にランダムに結合しており、スピンダイマー的なブロードな励起があり、また低エネルギーのスピン自由度が残ることが見られた。

論文

$$mu$$SR evidence of nonmagnetic order and $$^{141}$$Pr hyperfine-enhanced nuclear magnetism in the cubic $$Gamma_3$$ ground doublet system PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$

伊藤 孝; 髭本 亘; 二宮 和彦; Luetkens, H.*; Baines, C.*; 酒井 明人*; 中辻 知*

Journal of the Physical Society of Japan, 80(11), p.113703_1 - 113703_4, 2011/11

 被引用回数:27 パーセンタイル:79.19(Physics, Multidisciplinary)

A muon spin relaxation ($$mu$$SR) study of the cubic $$Gamma_3$$ ground doublet system PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$ is presented. The zero-field $$mu$$SR rate shows no significant change while passing through the phase transition temperature $$T_{rm O}$$ = 2.0 K, indicating that a nonmagnetic order parameter lies behind the ordered state. This is consistent with a ferroquadrupole ordering scenario standing on quadrupole degrees of freedom active in the $$Gamma_3$$ subspace. We also found that slow spin fluctuations remain even at 0.1 K well below $$T_{rm O}$$, ascribed to $$^{141}$$Pr hyperfine-enhanced nuclear magnetism in the nonmagnetic ground state. The $$4f$$ electronic exchange constant and $$^{141}$$Pr nuclear order temperature were estimated to be 0.64 K in the temperature unit and 0.13 mK, respectively, from the $$^{141}$$Pr nuclear spin fluctuation frequency 5.8(2) MHz at 0.1 K.

口頭

PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$のNMR

徳永 陽; 酒井 宏典; 齋藤 庸; 神戸 振作; 酒井 明人*; 中辻 知*

no journal, , 

PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$は立方晶の結晶構造を持ち、2K付近で相転移を示す。帯磁率及び比熱の温度依存性から、Prの結晶場基底は非磁性の$$Gamma_3$$二重項と考えられ、このことは低温相転移の起源が通常の磁気秩序ではなく、多極子秩序であることを示唆している。現在、われわれはこの相転移の起源を明らかにするため、PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$においてNMR及びNQRによる微視的研究を進めている。これまで単結晶でのAl-NMR測定とゼロ磁場でのAl-NQR測定を行った。講演では各サイトでのNMR/NQRスペクトル及びスピン-格子緩和時間の温度依存性から、この系の低温での電子状態について議論する。

口頭

籠状物質$$RTr_2$$Al$$_{20}$$ ($$R$$: Pr, Sm, $$Tr$$: Ti, V, Cr)の$$mu$$SRによる研究

伊藤 孝; 髭本 亘; 二宮 和彦; 酒井 明人*; 中辻 知*

no journal, , 

f電子系化合物$$RTr_2$$Al$$_{20}$$($$R$$: Pr, Sm $$Tr$$: Ti, V, Cr)は特異な籠状構造に起因する興味深い物性を示す。$$R$$イオンは16個ものAl原子から成る「籠」に内包されており、$$R$$サイトには対称性の高い結晶場が生じる。これにより多極子自由度が活性な結晶場基底が形成され、低温において多極子秩序が生じる。一方、多数のAl原子が$$R$$イオンに配位することにより、顕著なcf混成が生じる。cf混成の度合いは$$Tr$$元素の置換によってチューン可能であることから、多極子秩序に関する量子臨界性の系統的研究が可能な系として注目を集めている。本研究では、上述の議論の前提となっている多極子秩序を微視的な観点から検証するために、PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$及びSm$$Tr_2$$Al$$_{20}$$($$Tr$$: Ti, V, Cr)に対して$$mu$$SR測定を行った。その結果、PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$及びSm$$Tr_2$$Al$$_{20}$$($$Tr$$: Ti, V, Cr)の秩序変数が、それぞれ電気四極子と磁気多極子であることが明らかになった。

口頭

PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$$$mu$$SRによる研究

伊藤 孝; 髭本 亘; 酒井 明人*; 中辻 知*

no journal, , 

$$f$$電子系化合物Pr$$Tr_2$$Al$$_{20}$$($$Tr$$: Ti, V)は特異なカゴ状構造に起因する興味深い物性を示す。Prイオンは複数のAl原子からなる"カゴ"に内包されており、Prサイトには対称性の高い結晶場が生じる。これにより四極子自由度を有する$$Gamma_3$$結晶場基底が形成され、低温において多極子秩序が生じる。温度・磁場相図より、秩序変数は$$Gamma_3$$基底において活性な四極子であると考えられている。一方、多数のAl原子がPrイオンに配位することにより顕著な$$c$$-$$f$$混成が生じる。種々の物理量には近藤的振る舞いが現われ、特に低温では四極子近藤効果を示唆する温度依存性が観測される。近藤的振る舞いはTi系よりもV系においてより顕著である。これらの性質から、Pr$$Tr_2$$Al$$_{20}$$は四極子秩序に関する量子臨界性の系統的な研究を初めて可能にする系として注目を集めている。本講演では、PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$に対する$$mu$$SRによる微視的な研究について報告する。Pr$$Tr_2$$Al$$_{20}$$系における四極子近藤効果を論じるにあたり、低温秩序相の秩序変数が四極子であることを確立することは一義的に重要である。われわれは零磁場$$mu$$SRにより、相転移に伴い新たに内部磁場が生じないことを微視的な観点より明らかにした。これは秩序変数が非磁性であることを示しており、四極子秩序とコンシステントである。

口頭

Al-NMRによるPrTi$$_2$$Al$$_{20}$$の研究

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 酒井 明人*; 中辻 知*

no journal, , 

現在、PrTi$$_{2}$$Al$$_{20}$$においてAl-NMR及びAl-NQRによる微視的研究を行っている。立方晶PrTi$$_{2}$$Al$$_{20}$$では電気四極子と磁気八極子の自由度のみを持つ$$Gamma_3$$二重項結晶場基底が実現している。その結果、$$T_Q$$=2K付近で多極子自由度に起因すると考えられる相転移を示す。さらにこの物質では各Prイオンが16個のAlからなるカゴに囲まれているため、f-d軌道間の強い混成効果が期待される。講演では低温で観測された特異な磁場依存性を持った核磁気緩和の起源について議論する予定である。

口頭

Al-NMRによるPrTi$$_2$$Al$$_{20}$$の研究,2

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 酒井 明人*; 中辻 知*

no journal, , 

PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$は、低温で多極子秩序と考えられる相転移を示す一方、高温では近藤効果による重い電子状態を示唆する振る舞いが観測される興味深い系である。講演では前回に続きこの物質について行ったAl-NMRによる微視的研究の結果を報告する。

口頭

PrT$$_2$$Al$$_{20}$$系のNMRによる研究

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 酒井 明人*; 中辻 知*

no journal, , 

PrTi$$_2$$Al$$_{20}$$は、高温では近藤効果による重い電子状態を示唆する振る舞いが観測され、一方、低温では多極子秩序と考えられる相転移を示す。さらに最近、より低温で超伝導が出現することも報告された非常に興味深い系である。われわれはこの物質についてNMRを行い、微視的観点から電子状態の解明を行っている。本ワークショップでは新たに測定した同系化合物PrV$$_2$$Al$$_{20}$$の結果もあわせて報告し、その比較から各物質の電子状態について議論する予定である。

口頭

$$mu$$SR法で見た希土類スピネル磁性体AYb$$_2$$S$$_4$$(A=Cd,Mg)の磁気的状態

髭本 亘; 伊藤 孝; 幸田 章宏*; 入谷 健資*; Halim, M.*; 中辻 知*

no journal, , 

スピネル構造を持つ磁性体では、幾何学的なフラストレーションの効果により興味深い磁気的状態が出現し、古くから多くの研究がなされている。また近年希土類を有するパイロクロア磁性体でスピンアイスなどのスピン状態が見いだされており、さまざまな視点から注目されている。今回われわれは、希土類であるYbを有するスピネル磁性体AYb$$_2$$S$$_4$$(A=Cd,Mg)の磁気的基底状態を明らかにする目的で、ミュオンスピン緩和法による研究を行った。その結果、明瞭な静的磁気秩序状態にあることを見いだした。

口頭

希土類スピネル磁性体AYb$$_2$$Se$$_4$$(A=Cd,Mg)の$$mu$$SR

髭本 亘; 伊藤 孝; 入谷 健資*; Halim, M.*; 中辻 知*

no journal, , 

スピネル構造を持つ磁性体では、幾何学的なフラストレーションの効果により興味深い磁気的状態が出現する。これまで我々は、希土類であるYbを有するスピネル磁性体AYb$$_2$$S$$_4$$(A=Cd, Mg)の磁気的基底状態を明らかにする目的で、ミュオンスピン緩和法による研究を行い、CdYb$$_2$$S$$_4$$では約2K、MgYb$$_2$$S$$_4$$では約1.5Kで内部磁場の出現が観測され、静的秩序を示す結果を得ている。今回我々は、更に詳しい系統的な変化を調べるために、同じ構造を持つAYb$$_2$$Se$$_4$$(A=Cd, Mg)のミュオンスピン緩和測定を行った。その結果CdYb$$_2$$Se$$_4$$においては約2Kより低温において内部磁場が観測された。講演ではこれらの結果の詳細について述べ、磁気的な状態の系統的変化について議論する。

口頭

PrV$$_2$$Al$$_{20}$$におけるミュオンスピン緩和

伊藤 孝; 髭本 亘; 酒井 明人*; 中辻 知*

no journal, , 

立方晶PrV$$_2$$Al$$_{20}$$は強い$$c-f$$混成と$$Gamma_3$$結晶場基底を特徴とするカゴ状物質である。この物質は0.6K付近において四極子秩序と見られる相転移を起こす。さらに、低温において非フェルミ液体的挙動および重い電子超伝導を示すことから、PrV$$_2$$Al$$_{20}$$は四極子秩序の量子臨界点近傍に位置する系であると考えられている。さて、この描像は0.6Kにおける相転移が四極子秩序であることを前提としているが、これまでのところそれを直接的に検証したという報告はない。我々は微視的な観点からこの相転移を研究するために、希釈冷凍機温度においてPrV$$_2$$Al$$_{20}$$のミュオンスピン緩和測定を行った。降温にともない相転移点近傍においてミュオンスピン緩和率の上昇を確認したが、これは静的局所磁場の発生を示すものではなく、主にPr核スピン揺らぎ周波数の低下に起因することが緩和率の磁場依存性より明らかになった。Pr核スピン同士は超微細相互作用により$$f$$電子を介して結合しているため、四極子秩序に伴い観測されたPr核スピン揺らぎ周波数の低下は$$f$$電子状態が変化したことの帰結として理解できる。

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