[論文レビュー] Magnetic structure of CeRhIn_5 as a function of pressure and temperature

A. Llobet, J. S. Gardner+9 more|Max Planck Institute for Plasma Physics|Jul 2, 2003

Biochemical effects in animals被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、単結晶中性子回折と電気抵抗測定を用いて、CeRhIn₅における磁気構造および超伝導転移の圧力および温度依存性を調査した。1.63 GPaまでに非整数磁気構造および局在磁化モーメントにわずかな変化しか認めず、バルク的超伝導が比較的大きな磁化モーメントと共存していることから、従来のNQR解釈に疑問を呈し、4f電子が反強磁性および非摂動的超伝導を媒介するという独自の二重的役割を示唆している。

ABSTRACT

We report magnetic neutron-diffraction and electrical resistivity studies on single crystals of the heavy-fermion antiferromagnet CeRhIn$_{5}$ at pressures up to 2.3 GPa. These experiments show that the staggered moment of Ce and the incommensurate magnetic structure change weakly with applied pressure up to 1.63 GPa, where resistivity, specific heat and NQR measurements confirm the presence of bulk superconductivity. This work places new constraints on an interpretation of the relationship between antiferromagnetism and unconventional superconductivity in CeRhIn$_{5}$.

研究の動機と目的

• CeRhIn₅における磁気秩序の圧力依存性について、中性子回折とNQR測定の間で矛盾する解釈を解消すること。
• 水圧を1.63 GPaまで印加した場合に、CeRhIn₅の磁気構造および秩序モーメントが顕著に変化するかどうかを特定すること。
• 量子臨界点付近における反強磁性と非摂動的超伝導の共存の本質を明確にすること。
• 高品質な単結晶測定に基づいて、CeRhIn₅の信頼性の高いP-T相図を確立すること。
• 1.3 GPa付近で磁気波数が著しく変化し、反強磁性秩序が消失するという、以前の報告の妥当性を評価すること。

提案手法

• 水圧を1.63 GPaまで印加した状態で、CeRhIn₅の単結晶を用いた高分解能磁気中性子回折。
• 超伝導転移温度および磁気転移温度の特定を目的とした同時電気抵抗測定。
• 磁気反射の周囲におけるqスキャン測定の信号対背景比を向上させるために、ピロライティックグラファイト分析器の使用。
• 回折データの解析により、非整数波数qおよびCeイオン1個あたりの反強磁性モーメントを決定。
• 以前のNQR、比熱、抵抗率データと照らし合わせ、矛盾を解消するための比較分析。
• 温度および圧力を系統的に変化させ、磁気的および超伝導的相境界をマップすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CeRhIn₅の非整数磁気構造は、水圧を2.3 GPaまで上昇させた際にどのように変化するか？
• RQ2 一部のNQR研究が示唆するように、CeRhIn₅におけるCeの反強磁性モーメントは圧力によって顕著に減少するのか？
• RQ3 1.3 GPa付近で磁気波数の変化または新たな磁気秩序の出現の証拠はあるのか、という以前の報告は正しいか？
• RQ4 圧力下における反強磁性と非摂動的超伝導の共存は、微視的にどのように現れるのか？
• RQ5 115Inサイトにおけるハイパーフィン結合の真の性質は何か？また、圧力によってその結合が変化し、NQRから導かれた内部磁場の低下を説明できるのか？

主な発見

• 非整数磁気波数q = (0.5, 0.5, δ)は圧力に対してわずかに変化し、常圧下のδ = 0.297から1.63 GPaでのδ = 0.396に増加する。
• Ceの反強磁性モーメントは1.63 GPaまでに約(0.67 ± 0.04) μB/イオンでほぼ一定であり、モーメントの顕著な減少は認められない。
• 1.63 GPaでバルク的超伝導が確認され、Tc ≈ 2.2 Kであり、長距離的反強磁性秩序と共存している。
• (0.5, 0.5, 0.5)または(0.5, 0.5, 0)に新たな磁気反射の痕跡は観測されず、ab面から磁気モーメントが大規模に傾いている可能性は排除された。
• 1.3 GPaで20％のモーメント減少と反強磁性秩序の消失を報告した以前の研究とは一致せず、その研究における実験的または解釈的誤りの可能性が示唆された。
• 中性子回折とNQRデータの乖離は、秩序モーメントの減少ではなく、圧力誘発のハイパーフィン結合の変化に起因する可能性が一時的に提示された。