[論文レビュー] Heavy fermion material: Ce versus Yb case

J. Flouquet, Hisatomo Harima|ArXiv.org|Oct 16, 2009

Rare-earth and actinide compounds被引用数 4

ひとこと要約

このレビューでは、磁気的および価数不安定性によって駆動される量子臨界性を調べるため、CeおよびYbを基とする重フェルミオン材料を比較している。圧力や磁場を調整することで、臨界点付近で異常な超伝導、フェルミ液体でない挙動、および磁場誘発の再進入現象が観測され、強い電子相関が出現する量子現象において重要な役割を果たしていることが示された。

ABSTRACT

Heavy fermion compounds are complex systems but excellent materials to study quantum criticality with the switch of different ground states. Here a special attention is given on the interplay between magnetic and valence instabilities which can be crossed or approached by tuning the system by pressure or magnetic field. By contrast to conventional rare earth magnetism or classical s wave superconductivity, strong couplings may occur with drastic changes in spin or charge dynamics. Measurements on Ce materials give already a sound basis with clear key factors; they have pointed out that close to a magnetic or a valence criticality unexpected phenomena such as unconventional superconductivity, non Fermi liquid behaviour and the possibility of re-entrance phenomena under magnetic field. Recent progresses in the growth of Yb heavy fermion compounds give the perspectives of clear interplays between valence and magnetic fluctuations and also the possibility to enter in new situations such as valence transitions inside a sole doublet crystal field ground state.

研究の動機と目的

• 重フェルミオン化合物における磁気的不安定性と価数不安定性の相乗的相互作用を調査すること。
• 量子臨界性を調べるためにCeを基とする系とYbを基とする系を比較すること。
• 圧力や磁場を調整することで、異常な量子相がどのように誘発されるかを理解すること。
• 臨界点付近でのフェルミ液体でない挙動および異常超伝導の出現を探索すること。
• 二重項結晶場基底状態における価数遷移を研究するためのYb化合物の可能性を評価すること。

提案手法

• 圧力および磁場調整下でのCeを基とする重フェルミオン化合物の実験データの分析。
• 高品質なYbを基とする重フェルミオン材料の成長に関する最近の進展のレビュー。
• 熱力学的および輸送測定を用いた磁気的および価数臨界行動の比較。
• フェルミ液体でない挙動を解釈するための量子臨界スケーリングの使用。
• 再進入や超伝導ドームの抑制といった磁場依存現象の検討。
• 局在したf電子モーメントを有する系における強い電子相関の理論的解釈。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CeおよびYbを基とする重フェルミオン系において、磁気的不安定性と価数不安定性はどのように競合または共存するか？
• RQ2 圧力および磁場下でのCeを基とする化合物において、量子臨界性の兆候は何か？
• RQ3 Ybを基とする材料において、価数臨界点付近に異常超伝導が出現できるか？
• RQ4 二重項結晶場基底状態は、Yb化合物における価数遷移を可能にする役割を果たすか？
• RQ5 磁場の適用が、重フェルミオン系に再進入挙動を誘発するメカニズムは何か？

主な発見

• Ceを基とする重フェルミオン化合物は、磁気的または価数遷移付近で量子臨界性の明確な証拠を示し、異常超伝導を示している。
• Ce系では、量子臨界点付近でフェルミ液体でない挙動が観測され、強い電子相関が関与していることが示された。
• Ce系では、磁場誘発の再進入現象が観測され、超伝導性と磁性の複雑な相互作用が示唆された。
• Yb化合物の成長技術の最近の進展により、二重項基底状態内での価数フラクチュエーションの研究が可能となり、量子臨界性の新しい道が開かれた。
• Yb系は、明確な結晶場環境下で価数フラクチュエーションと磁気フラクチュエーションの共存が可能であるため、新規量子相へのアクセスが期待できる。
• Ce系とYb系の比較から、f電子系における強い相関効果を調査するための、明確に異なるが補完的な道筋が明らかになった。