ウランを含むスクッテルダイト化合物の物質探索と物性

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ウランを含むスクッテルダイト化合物UFe_4P_<12>の高純度単結晶の育成に成功した。単結晶X線回折により、原子座標、異方性温度因子及び各原子の占有率を決定し、いずれのサイトも原子が100%占めており組成のずれはないことがわかった。この結果はまた、^<31>P-角度分解NMRによっても裏付けられ、過去の報告に比べて欠損のない高純度の結晶が得られたと結論した。この試料を用いて電気抵抗を測定し、バンドギャップの圧力依存性を詳細に調べた。また、強磁場磁化、高温磁化率及び比熱の解析から5f^2電子配置と結晶場効果が支配的であることを示した。一方、ウランを越えた5f電子系である超ウラン元素の物性研究が大きく進展した。日本では初めて、プルトニウム金属間化合物の単結晶育成に成功し、それを用いた物性研究を行なった。まず、2003年に発見された超伝導体PuRhGa_5の単結晶による磁性と超伝導の研究を詳細に行い、上部臨界磁場が結晶に対する磁場方向により大きく変化することを明らかにした。このことは、伝導電子の有効質量が異方的であることを意味し、結晶の主軸方向とそれに垂直な方向とでは、有効質量が4.5倍異なることを初めて示した。この結果は、準2次元電子状態の存在を示唆しており、5f遍歴モデルに立つバンド計算の結果と矛盾しない。一方、常磁性PuIn_3では、プルトニウム化合物としては初めて、ドハース・ファンアルフェン(dHvA)の観測に成功した。得られた結果は、5f遍歴モデルにより見事に説明された。このことは、プルトニウムの5f電子が結晶中を遍歴していることを示した初めての結果であり、日本物理学会欧文誌の注目論文に選ばれたほか、新聞やラジオで大きく取り上げられた。これらを通じて、プルトニウムの取り扱いと密封試料による物性測定を行う環境が確立された。プルトニウムを含むスクッテルダイト化合物の挙動への関心は高いが、これに向けた環境整備が完了したと言える。新物質探索も進展した。電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)による半定量分析と、単結晶X線構造解析により、新しい結晶構造を持つ3つのセリウム化合物と1つのウラン化合物を発見した。このうち、U_3Ni_5Al_<19>は2つの結晶学的サイトにあるウランがあたかも独立に振舞い、異常な磁性を示すことが明らかとなった。また、CeAu_4Si_2はAu-Si共晶を用いることにより、これまでフラックス法が難しかったSiを含む化合物の探索が行えるようになった。これらの物質探索は、ウランを超えてネプツニウムまで調べられるような体制を完成し、今後超ウランの物質探索と、それらが示す未知の物性研究へと発展すると期待される。