非クラマース二重項系における軌道ゆらぎ超伝導の発現条件の検証

非克莱默双态系统中轨道涨落超导出现条件的验证

基本信息

批准号：
21K13869
负责人：
脇舎和平
金额：
$ 3万
依托单位：
Iwate University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

非クラマース二重項基底状態をもつ化合物は、低温で多極子自由度のみが残るため、多極子が関与する新奇物性を調べる上で最適な系である。本研究では、非クラマース二重項基底状態をもつPrT2A2Zn18 (T: 遷移金属, X = Sn, In)について、AやTの元素を別の元素に置き換えた化合物を合成する。この元素置換により、他の非クラマース二重項系で見出されてきた超伝導や多極子秩序といった多彩な物性がどのように変化するかを調べることで、これらの物性の相関と発現機構を探る。本年度は新たな化合物としてPrOs2Sn2Zn18とPrOs2In2Zn18の合成を試みた。得られた多結晶試料について、X線構造解析を行ったところ、目的物質が得られていることを確認することができた。この化合物は構造相転移を示すことが報告されているPrOs2Zn20と同型構造をもつ。PrOs2Zn20ではこの構造相転移によりPrサイトの対称性が低下し、基底状態が非クラマース二重項ではなくなる。一方、PrOs2Sn2Zn18とPrOs2In2Zn18では、比熱測定からPrOs2Zn20で見られた構造相転移が観測されず、低温まで立法晶構造が保たれていることがわかった。このため、PrOs2Sn2Zn18とPrOs2In2Zn18の基底状態は非クラマース二重項である可能性がある。実際に、比熱は降温に伴い10 K以下でジョットキー異常と思われるピークを示した後、3 K以下で上昇をつづける。このことは、3 K以下でもPrがもつ4f電子のエントロピーが放出されていることを示唆しており、結晶場基底状態に多極子自由度が残っている可能性が高いことを示す。

具有非cramer双打基态的化合物仅在低温下仍然是多极的自由度，这使它们成为检查涉及多产的新型特性的最佳系统。在这项研究中，我们合成化合物，其中元素A和T被PRT2A2ZN18的其他元素（t：过渡金属，X = Sn，in）取代，并用非cramer的双重基态替代。通过研究该元素替代如何改变在其他非cramer的双重二键系统中发现的多种物理特性，例如超导性和多极阶，我们研究了这些特性的相关性和表达机制。今年，我们试图合成新化合物ProS2SN2ZN18和Pros2in2Zn18。对获得的多晶样品进行了X射线结构分析，并确认获得了目标物质。该化合物具有同构结构作为ProS2ZN20，据报道显示出结构相变。在PROS2ZN20中，这种结构相跃迁降低了PR位点的对称性，而基态不再在非cramers doublet中。另一方面，对于PROS2SN2ZN18和PROS2IN2ZN18，从特定的热量测量中未观察到PROS2ZN20中的结构相变，发现立方晶体结构一直保持到低温。因此，ProS2SN2ZN18和Pros2In2Zn18的基态可能是非cramer doublet。实际上，比热的热量显示出一个峰值在10 K或以下时温度下降时似乎是异常的Giottoki，然后继续升高到3 K以下。这表明，即使在3 K或更小时，PR的4F电子的熵也会发出，表明很有可能在水晶场状态的自由度仍然存在自由度。