重い電子系CeRu_2Si_2の超低温における相転移の研究

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1.研究の動機重い電子系CeRu_2Si_2はこれまでの他の研究により20mKまで磁気的秩序状態を示さず、非磁性重い電子系の特徴であるフェルミ流体状態として基底状態が説明されていた。しかし、本物質はフェルミ流体状態においても、短距離の反強磁性相関が観測されており、さらに低温で何らかの磁気的秩序状態、もしくは不安定なフェルミ流体として何らかの量子臨界現象を引き起こす可能性がある。いずれにしてもこれまで20年もの間、議論されてきた本物質の基底状態を明らかにするため本研究は遂行された。2.研究成果と発展本研究では、超低温(最低温度:〜150μK)における交流帯磁率および静磁化測定を印加静磁場(0.02〜6.21mT)の下において行った。上記に述べたフェルミ流体状態の後、〜50mK以下の温度領域において、帯磁率、磁化のCurie則に従った変化が観測された。さらに低温で、0.20〜0.94mTの印加磁場では交流帯磁率にピークを観測し、0.20mT以上の印加磁場において磁化の飽和を観測した。この飽和磁化に寄与するモーメント(μ_s)と飽和に至るまでのCurie則から見積もられる有効磁気モーメント(μ_<eff>の比がμ_<eff>/μ_s〜1000になり、また、測定結果にユニークなスケーリングが成立することが初めて示された。以上の現象をスピン揺らぎを取り込んだ遍歴電子の理論(SCR理論)を用いて考察した。その結果、これまで報告されている反強磁性相関に加え、強磁性相関の存在が新たに示唆された。また、我々の測定結果によって、CeRu_2Si_2が量子臨界点近傍の物質であることが、明らかになった。我々の測定温度領域は、量子臨界点近傍の物質の測定としてこれまで報告されている測定に比べさらに低い温度であり、本研究の成果は「量子臨界現象の背景にある物理」の解明に非常に重要な結果である。