重い電子系化合物における４ｆ電子混成効果の偏光制御角度分解光電子分光による解明

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4f 軌道が不完全殻の系の中に, f 電子間の強いクーロン反発 (電子相関) により, 超伝導や磁気秩序などの特異な物性が発現する強相関希土類化合物が多く見られる. これらの物性の解明を行うために, 我々は 4f 電子が 1 つとなる配置に近い Ce 化合物を対象として, 4f 電子と伝導電子の混成 (c-f 混成) 効果を実空間・波数空間の両面から解明し, その電子状態を調べる研究を行っている. 本年度は, 低温で超伝導を示し, 大きな電子比熱を持ち, 異方的な磁性を示す CeNi2Ge2 に対して重点的に研究を行った.c-f 混成によって形成される, 有効質量と電子密度の大きい状態 (重い準粒子状態) を観測するために, 角度分解光電子分光 (ARPES) を行った. 我々はすでに CeNi2Ge2 において重い準粒子状態を観測していたが, 測定対象を全ての波数空間に広げた. その結果, 重い準粒子状態は波数空間の限定的な部分 (Heavy spot) で形成されていることを明らかにした. Heavy spot は電子密度が大きいことを意味するため, 超伝導状態を形成するためのクーパー対の形成に関わると考えられる. さらに, Heavy spot 同士を結ぶ波数ベクトルは, CeNi2Ge2 の中性子散乱実験で報告されている反強磁性波数ベクトルと対応することが分かった. このことから, CeNi2Ge2 の超伝導には, スピン揺らぎが関わっている可能性が高いと結論付けられる. このように, 重い電子系化合物の超伝導には, Heavy spot の観測が重要な手がかりを与えることが分かった.また, この研究は他の Ce 化合物にも適用を始めており, 強相関希土類化合物の研究に道筋をつけつつあるといえる.