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Yb 系重い電子化合物における電子状態と新しい物性

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ワークショップ(Yb 系重い電子化合物における電子状態と新しい物性)
事前アンケート
1)Yb 系の研究をはじめられる(興味を持った)きっかけは何ですか?また、
Yb 系の魅力は何ですか?
・希土類化合物の全体を調べてゆくと、やはり Ce と Yb で重い電子状態・異方
的超伝導が出現するので。
・Ce-1-1-5の超伝導体などのCe系での圧力効果が盛んに研究されていた時期に
YbXCu4系を研究テーマに与えられたのがYb系を研究するきっかけです。電子と
ホールの対応のみならず、J=7/2の結晶場が3つに分裂するため、Ce系以上に複
雑な状況が考えられ、Ce系とは違った物性が期待できそうな点が魅力です。
・まだ Ce 化合物に比べて知られていないことも多く、これから盛り上がる研究
と思っています。特に Yb 化合物では量子臨界点近傍で超伝導などの特異な基底
状態は見つかってないので、初めての発見につながるのではないかという動機
もあります。
・1995年当時、Ce 系は大貫先生を始めとする大家が大勢探索していた。最
近人口に膾炙する単語を使えば、ニッチ狙いが一つの理由である。
・Yb は Ce のカウンターパートとして期待された。しかし、発表でも触れるよ
うに、多くの場合 Yb2+となってしまい通常金属と変わりない物性を示す。ここ
で Yb3+を探せば、具体的には磁気秩序や重い電子状態を示す化合物を探しあて
れば、良い研究課題になると思った。
・Eu 系の価数転移の研究から Yb 系の価数転移の研究に移って参りました。Yb
系の物理としての魅力はよくわかりませんが、Ce 系に比べて掘り尽くされてい
ない分、まだ新しいことが出てきそうな気がしています。
・きっかけは重い電子系であるとされる Sample をいただいたことです。Yb 系
の魅力は Ce 系に比べて J が大きいため、結晶場の(擬)縮重化が起こりやすいと
考えられ、多極子秩序等の「面白い現象」が起こりやすいことと考えておりま
す。
・Ce 系では、研究の初期には「価数揺動」が重要な問題であったが、研究の積
み重ねにより、価数が 3 価に非常に近い場合に近藤効果によって重い電子が形
成され、磁気的な揺らぎが顕著になり、重い電子超伝導体が出現するというシ
ナリオがほぼ確立し、物質横断的な描像ができている。実際、Ce 化合物の重い
電子超伝導体の数は多い。
・f 電子のことだけを考えれば electron-hole の関係にある Yb 系でも Ce 系で
確立した描像が適用できるのではないかと思われるが、果たしてそうかを知り
たいと思う。常圧で価数揺動状態にある Yb 化合物に圧力をかけていくと f 電子
の局在性が強まり、適当な圧力で超伝導が実現するのではないか、という予測
が成り立つかどうか。すなわち、Yb 化合物で重い電子超伝導が可能かどうかを
知りたい。これに関係して、特に、物性研の中辻グループの物質については、
試料作成の困難があるようで、これまで報告されているデータが本当に
intrinsic なものかどうかについて私には分からない。専門家の率直な意見を
聞きたい。
・Ce 系との particle-hole 対称性に対する興味
・研究のきっかけは,ずっと Ce 系化合物の非フェルミ液体的挙動や圧力誘起超
伝導探索の研究をしていて,Yb 系でも同様の特異な挙動や超伝導が出現するか
興味がわいたから。また,近く(おなじ大学)にすばらしい試料育成の専門家
がいたから。
Yb 系の魅力はまだ未発見の現象がありそうなところ(例えば圧力誘起 QCP での
超伝導など)
・共同利用で来られた方の、サンプルが Yb 系で興味深い物性を示したため、さ
らに深く調べてみたくなりました。また魅力は圧力というパラメータが大きく
かかわってくるところが魅力です。
・ホールが 1 個なので比較的シンプルな物理を議論できる点、でしょうか。
・ Yb 系 研 究 と の 最 初 の 出 会 い は 、 YbRh2Si2 の 純 良 単 結 晶 化 に 成 功 し た
O.Trovarelli に会って彼の熱心な説明を聞いたこと。
磁性-非磁性相の境界において、多くの Yb 系化合物が超伝導性を示さないのは
残念だが、一方で、超伝導によってマスクされることなく量子臨界性を調べる
ことができる。
・ずばり、1220系(YbCo2Zn20)の規格外に大きい電子比熱係数γ値。この
形成機構解明に心を奪われました。
・近くの研究室で YbAlB4 という何やら妙な物質が見つかったけれど、誰も光電
子分光をやろうとする人が研究室内にいないので手を挙げてみたのがきっかけ
です。当時は f 電子系に全く触れたことがなく、Yb 系初めての超伝導というの
に釣られました。計測が専門の研究室に所属しているので、物質に対する興味
より、我々の装置でデータが出る物質なのかどうかが優先してしまうところは
あります。その点、Yb 系は、光電子分光に関しては過去の実績がありましたの
で。
・光電子分光をやっている(つまり占有側の電子構造しか見られない)立場か
ら言うと、hole 1 個系であるというのは Ce 系より付き合いやすい系だと思い
ます。なおかつ、4f 電子も 13 個あるので光電子を観測しやすい(これが正し
いかどうかはわかりません)。また、近藤ピークが占有側に現れるのは大きいで
す。
・Yb 系での量子臨界現象。Ce 系との比較
・ Ce 化合物との比較研究の上で、4f1 ホール系の YB 化合物は重要だと考えた
こと。Yb 系の魅力は Ce 系に比べると中間原子価の物質や重い電子系超伝導体
の発見が尐なく、物質探査において新物質発見の醍醐味があること。
・学部生で配属された研究室が Yb 系化合物をテーマにしていた。価数揺動や近
藤効果,重い電子状態など多彩な物性を見せるが,結晶作製の難しさからか未開
拓な部分が多い点が魅力。
・過去に Yb 系と同じく圧力誘起磁気秩序を示す Sm 系の研究を行っていたため、
Yb 系の量子臨界現象に興味を持った。Ce 系との比較をする上でも Yb 系は格好
の研究対象。
・YbAuCu_5 で CeCu_2(Si,Ge)_2 と同じような価数転移の量子臨界点近傍の振る
舞いを示すことが和田(神戸大理)グループにより報告されたこと、中辻(物
性研)グループにより報告された YbAlB_4 の常圧での非フェルミ液体的振る舞
いも同様のクラスに属することが期待されたこと。
・もともと Sm や Tm などの価数揺動の研究が始まりでしたが, YbB12 という近
藤半導体と巡り会ったことが大きな転機です。これで人生が決まったようなも
のです。Yb 系は Ce 系と並んで電子配置が簡単で,計算しやすい,つまり理解
しやすい系なので、いろいろ取り組みやすいです。
・きっかけ:大学院での研究テーマ
・魅力:物性のバラエティが豊富で、やっている人が(始めた当時は)尐なか
った。
2)Yb 系化合物の示す物性現象について、その特異性は何だと思いますか?
・2 価になりやすい。Ce に比べて重い電子系の超伝導が尐ない。
・Yb系は全体的に磁気転移温度が低く、磁気モーメントが大きいためにCe系よ
りもC/Tの低温での増大が観測されやすいように直感的には思います。しかし、
低温でのC/Tが大きい物質はそれほど報告されていないように思います。磁気秩
序基底状態だと物性的におもしろみがないので単に報告されていないだけなの
か、実はそれほど大きなC/Tが観測されないのかが疑問です。
・Ce 化合物などに比べて磁気秩序温度など特性温度が低いように思います。
・Ce が 4f の14重縮退のうち1を締めるのに過ぎない反面、Yb は 14 重縮退の
13を埋める。ランタノイド収縮にも反映されるように、原子核からのクーロ
ン引力は強められ、それをキャンセルするように電子が居るはずである。その
点では、正孔が1つと見なせるが、Ce とはかなり振る舞いが異なる。Yb2+(4f14)
になりやすい。つまり、多くはつまらない物性しか示さない。特異というべき
かは解らないが、そういう特徴はある。
・負の熱膨張を示すこと。
・Ce 系と比べ非磁性的な(局在モーメントによる磁性を示さないような)ふるま
いがよく見られている印象があります。
・particle-hole 対称性は全然うまくいかずf13 系だということ。ただ多くの
場合、高品質の試料が得られていない。
・特異性というと,何か比較対象が必要ですが,例えば Ce 系に比べると,磁性
に対する圧力効果が単純な Kondo 効果と RKKY 相互作用との競合で理解できない
物質が多いこと。
・勉強不足のため、わかりません。
・一般的には、Ce 系に比べ Yb-4f 電子の空間的広がりは狭いはずで、4f 電子間
相互作用が弱いことの原因になっていると思われる。そのことが、比較的低い
磁気秩序温度、小さな結晶場効果、その他の Yb 系特有の物性の一因となってい
るのではないか。
・これまで報告されている Ce 系に比べると Yb 系化合物の価数揺動性が大きい
ように思います。(勿論物質によるのですが…。)いわゆる価数の揺らぎ(自由
度)が大きい電子比熱係数γ値形成過程に大きな影響を与えているように思い
ます。揺らぎの時間スケール、励起エネルギー等具体的な物理量を定量的に比
較したいです。
・前述の通り光電子分光的に Ce 系よりやりやすいと言うのはひとつの特徴だと
思います。事実、Ce 系では全然見えない 4f の構造が、Yb 系だと見えるので。
・4f 電子(ホール)の局在性と遍歴性。
・特異性といえるのかどうかわかりませんが、魅力にも書きましたが、中間原
子価を示す物質が尐ないこと、圧力によるチューニングが容易でないことがあ
ります。
・フェルミ面と f 準位の近さ?
・Ce 系と比較して局在性が強いことに起因して、これまで見いだされていない
量子臨界現象が発現すると期待される点。
・価数が温度、圧力で比較的大きく変化すること。
・Ce 系と比べて、特に圧力効果が面白い点でしょう。圧力をかけても、混成が
Ce 系のように簡単には単調に増大しませんね。その逡巡しているところに他の
相互作用が増大し、それらの間で競合が起こり,複雑な相図も生まれているよ
うな気がします。YbB12 も超高圧下でどのような現象が起こるか取り組み始め
たところです。
・価数揺動を伴いやすい。Intersite の効果が弱く、Kondo 効果のほうが重要に
なりやすい。
3)Yb 系化合物の研究に従事して解釈が良く分からない点を記述して下さい。
・2 価を 3 価に、そして更に低温で4f 電子が遍歴にできるのかどうか。
・Ce系だと磁気転移温度の圧力依存性からQCPからどれだけ離れているかを知る
ことができるのですが、Yb系だとフェルミ液体状態の物質に圧力を加え、磁気
転移を誘起することになります。そのため、圧力効果が出やすい(QCPに近い)物
質を探す目安の量があれば知りたいと思っています。
・価数揺らぎの時間スケール、揺らぎの発達、などの情報が得られる測定はな
いのでしょうか?磁気揺らぎならNMRのT1でわかるのですが。
・多くの Ce の場合では、磁気秩序を示すものに圧力をかけていくと秩序温度が
低下し非磁性な状態が基底状態となっています。一方、Yb の場合は圧力下で非
磁性状態から秩序状態へ移って行っているように思います。これはいわゆる
Doniach の相図を信じていいということ何でしょうか?
・YbRh2Si2 で、磁場誘起量子臨界点やというものが議論されていますが、その
考え方がどの程度、研究者の方々に浸透しているのかまたは疑われているのか
知りたいです。
・Ce に関しても同じことで言葉として適切かどうかもわかりませんが、遍歴・
局在に関する議論
・一義的には、Yb2+に成りやすいのはなぜかであるが、これはあまり意味が無
い疑問かもしれない。自然がそれを許さないだけだから。Yb2.5+のような化合
物を加圧して行って、結晶構造も同じ Ce 化合物があったとしても、物性が完全
にオーバラップすることは無いように感じる。これはなぜか?
・価数の観点から見て、Yb 系は圧力を加えると磁性が消失することが自明のよ
うに言われています(私もそのように話をすることが多いです)。しかし、本当
に自明として良いのかと思うことがあります。価数がほとんど変化していない
Yb 化合物の方が多いと思いますが、これらも同様に考えて良いものでしょうか。
・熱膨張や圧力効果以外に磁性を担うものが「ホール」であるということが重
要な起源である現象があるのかがわからない(知りたい)です。
・2)の解釈はまだできていない。
・わからないことが多すぎて,書ききれません。
・幾何学的なフラストレーションと RKKY と近藤効果の競合が良く分かっていま
せん。
・Yb 系に限らない疑問ですが、異方性のある系を門脇ウッズやウィルソン比で
議論する際にどうすべきか分かりません。
・近年注目を集めている巨大低温比熱を示す物質(YbCo2Zn20 や Yb(Bi,Sb)Pt)
のその機構。
・Yb 系以外でもそうですが、不純物の存在が(フェルミ準位近傍の不純物準位)
独自の物性を母物質とともに形成していないか?という問題。この切り離しは
恐らく永遠に難しいでしょうが….。
・Yb 系に限ったことではないですが、人による用語の扱いの違い(e.g., valence
fluctuation と mixed valence、intermediate valence)が以外と参入障壁を高
くしている気がしました。
・近藤効果と価数転移の境界
・単に勉強不足だと思いますが、なぜこれほど中間原子価をしめす範囲が狭い
のか、またその主たる要因が何なのかよくつかめていません。
・本格的な自分のテーマで無い為,特に思いつかない。今回の研究会で勉強した
い。
・近藤効果、価数転移、結晶場のエネルギースケールが拮抗しているため、基
底状態を考えるのが難しい。また、Local criticality や 量子価数転移といっ
たモデルに実験的にどのような手段でアプローチするかが、その解釈も含めて
課題。
・A/γ2 の値が Kadowaki-Woods の「普遍値」から小さくなることは軌道の縮退
度によるという議論がしばしば成されるようになったが、Yb 系では残留抵抗が
大きい場合が多いので解釈は慎重にした方がよいのではないかという印象をも
っている。
・エネルギーギャップ形成機構を解決したいですね。混成ギャップモデルもワ
ンサイト近藤効果もどちらも重要に思えますし,それらを融合できないかなと
思うのですが,理論家の協力が欲しいです。
・Yb はアルカリ土類金属的に振る舞う場合(YbGaGe など)と、3価の希土類的
に振る舞う場合にきっぱり分かれている気がするが、その違いは何によって生
じるのか?
・
「価数揺動」について:価数揺動の揺動は時間的・空間的に揺らいでいること
を指すと認識しております。しかし、X 線吸収や、X 線回折(格子定数)、磁化
率測定などで得られている価数はあくまで個数比であって(つまり 2 価と 3 価
のモル比率)けっして揺動していることを示唆するものではないと思います。
観測結果は混合原子価であることしか、示していないと思います。このような
状況では「価数揺動」という言葉を使用するのは、間違いではないかと思いま
す。
「混合原子価」、
「中間価数」、
「価数揺動」という用語をしっかり使い分ける
べきです。
4)今後、Yb 系化合物で行って欲しい研究がありましたらお知らせ下さい。
(協
力研究や試料提供の依頼、などでも可能です。)
・価数揺動系であることが共通の理解とされている物質、例えばYbAgCu4での混
合価数の磁場依存性を知るためのX線、光電子分光の実験。
・むしろ試料提供の依頼を受ける立場なので、依頼を受ければ嬉しいです。た
だし、技法と(生々しい話ですが)資力の問題はついて回るので、応じられる
限界はあります。
・今後、Yb 系化合物で行って欲しい研究がありましたらお知らせ下さい。(協
力研究や試料提供の依頼、などでも可能です。)どんな試料が面白そうだといっ
た情報を頂ければ、試料作製を試してみたいと思います。
・Pr 系で観測されているような超低温化での Yb 核系の相転移が起こるかどう
かが気になります。
・過去の物性データは、多くの系で試料の品質の点から信頼がおけない。
・純良な試料育成(すべてはこれに尽きます)
・圧力下中性子回折実験
・圧力下での価数を決める実験を行いたいです。(spring8 での共同利用)
・YbB4 という試料は異方性が強く面白そうです。どなたか単結晶試料を作って
いただけないでしょうか。
・ 各種揺らぎ(スピン、価数、多極子)の時間スケールと特性エネルギー。
価数の厳密な同定。Yb poor 領域の単原子効果(各種物性に及ぼす単原子効
果と周期格子効果の区別)
・ ずばり巨大単結晶
・YbXCu4 系の Yb 価数の詳細な温度依存性(内殻光電子分光、X線吸収端)
・新物質開発。
・最近、新物質として三方晶 YbNi3X9(X=Al,GA)を見いだし、非常にきれいな結
晶が得られること、X=Al ではほぼ 3 価の重い電子系反強磁性体になり、Ga では
価数揺動を示すことを見いだしたので、興味を持っていただける方に試料提供
したい。
・現在,特になし。
・YbCu_{5-x}Al_x も YbAuCu_5 や YbAlB_4 と同じクラスに属すると期待され
るので、新しい観点から実験をしなおしてほしい。
(参考文献:E. Bauer et. al., Phys. Rev. B {\bf 56} (1997) 711.)
・超高圧実験、超強磁場実験、これらの組み合わせを目指しています。どんな
物性が出現するか楽しみです。また、今後は中性子や,ミュオン,放射光など
の分光実験も,今以上に大いに活用して行きたいと思いますし,また外への試
料提供側として,協力できるところはどんどん行っていきます。
・新物質を開発する人がもっと増えて欲しい。また基本的な相図もまだ決まっ
ていないものが多いため、そういった地道な仕事もする人が残っていて欲しい。
5)研究会を盛り上げていく工夫について、もしアイデアをお持ちでしたらお
知らせ下さい。
・ 測定された物理量の温度変化がどうなったか、にとどまらず、それがどの物
質中の変化に対応しているか、またはそれは断定できないのか、までの発表
では述べてもらえるとありがたいです。
・すみません。持ち合わせておりません。
・これはなかなか難しいです。特にアイデアは持っておりません。
・例えば化合物ごととかに尐人数単位でのグループを作り議論の時間を設ける。
その議論の結果を残りの参加者にグループごとに発表する。
・特にありません
・初参加になりますのでわかりません。申し訳ありません。
・非現実的かも知れませんし、実験データの保守義務等で困難かも知れません
が、スカイプ等で、この分野の各大学の研究室セミナー、卒論修論発表等をラ
イブ発信して頂けると、よりこの分野の問題点、進むべき研究の方向性が明確
になるかも知れません。まずは、小さい括り(同じ研究手段の研究室等)で試
験的に行ってみるのも良いかも知れません。
・活発な質疑応答。そのためには質問が出ることと思います。
・懇親会で話題を用意して、
(あるいは昼の続きとして)座談会のように話し合
ってみるとよいかもしれない。
・今回の研究会開催で、充分インパクトがありましたね。手前味噌ですが,Ce
系や Sm 系との比較は今後も大事だと思います
・このワークショップ自体が今までなかった面白い企画なので、よかったと思
います。
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