四極子に由来する量子臨界現象の研究

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本研究では、四極子に由来する量子臨界現象のメカニズムの解明を目指し、非クラマース系であるPr化合物に注目してNMR及び磁化測定を行ってきた。特に、上記の量子臨界現象の理解に重要な四極子間相互作用に注目した。研究成果として、(1)NMRスペクトルの分裂から、[111]方向の磁場下では磁場の大きさに依らずに2 K以下で3z2-r2タイプの強四極子転移を示すことを決定した。(2)NMRスペクトルによる2相共存を確認したこと、磁化測定でメタ磁性転移が観測されたことから、[001]と[110]方向の磁場下では2 T近傍で1次の磁場誘起相転移を見出した。(3)先行研究の比熱の結果と合わせて、温度－磁場相図を完成させた。この相図を理解するために、結晶場、Zeeman相互作用、磁気双極子間相互作用、四極子間相互作用を考慮した平均場計算を行い、相図の再現を試みた。しかし、既存のモデルでは磁場誘起相転移は説明できなかった。そのような中、対称性の議論から磁場に依存した四極子間相互作用は存在してもよいことが分かり、新たに強四極子間相互作用を加えた模型を建てた。その結果、相図の再現に成功した。磁場誘起相転移のメカニズムは、結晶場、Zeeman相互作用、強四極子間相互作用の競合が重要な鍵となり、一次転移が起こることが明らかになった。磁場に依存した四極子間相互作用の起源は、伝導電子を介したRKKY相互作用型が有力であり、実際に超微細結合テンソルが磁場依存している様子も観測されている。