[論文レビュー] On the Heavy Fermion Road

J. Flouquet|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2005

Rare-earth and actinide compounds被引用数 7

ひとこと要約

この包括的なレビューでは、グルノーブルの研究から得られた主要な実験的・理論的知見を通じて、重フェルミオン系の量子臨界性、コンドンスクリーニング、および非摂動的超伝導性を検討する。4f電子の局在化、磁気秩序の崩壊、中間価数状態との相互作用に注目し、Ce基の化合物（例：CeRu2Si2、YbRh2Si2）における量子臨界性の強力な証拠を提示する。

ABSTRACT

The heavy fermion properties are reviewed on selected examples often studied in Grenoble. The physical problems are presented as example of exotic matter at low temperature with three major insights: the localisation of the 4f electrons, the collapse of the long range magnetic order and the entrance in an intermediate valence regime. The question on the first or second order nature of the quantum phase transition will be discussed. In the first example, the Ising Kondo lattice of CeRu2Si2, experiments seem to be described with the picture of 4f itinerant electron dominated by their spin fluctuations; the strong feedback, induced in magnetic field, between magnetostriction and switch in the nature of the magnetic interactions illustrates the proximity of a quantum critical field. Comparison is made with CeCu6 or YbRh2Si2 series where the idea of local criticality seems to emerge. Basic arguments are discussed for the breakdown of the idea that Yb heavy fermion systems are the the hole analogue of the cerium ones. Special focus is given on the interplay between unconconventional superconductivity and magnetism either for dominant antiferromagnetic or ferromagnetic correlations. Huge electronic Gruneisen parameter leads often to strong concomitant 4f density and spin fluctuations >.The main boost given by the discovery of new materials as quasi-bidimensional Ce 115 compounds or recently by CePt3 Si or skutterudites is spectacular for the theoretical developments. Finally, the now canonical cases of the UPt3, URu2Si2, UPd2Al3 and UBe13 give now a sound basis in the rich domain of unconventional superconductors.

研究の動機と目的

• 重フェルミオン系における実験的・理論的進展を統合・分析し、特に量子臨界性と電子相関に焦点を当てる。
• Ce基の重フェルミオン材料における量子相転移の性質を検討し、一次相転移と二次相転移の議論を含む。
• スピンおよび電荷揺らぎが非摂動的超伝導性と磁性を駆動する役割を明らかにする。
• Yb系がCe系の穴ドーピングアナログであるという従来の見方を挑戦し、顕著な電子的挙動の相違を強調する。
• UPt3 や URu2Si2 といった代表的重フェルミオン材料における非摂動的超伝導性を理解する基盤を構築する。

提案手法

• CeおよびYb基の重フェルミオン化合物における比熱、抵抗率、磁化測定などのバルク性質測定データの分析。
• Kondo格子模型および局所的量子臨界性の概念を用いて、磁気的および輸送的異常を解釈する。
• 電子的グリューネイゼンパラメータを用い、フェルミ面の体積および圧力変化に対する感受度を定量化する。
• 115化合物、スカウターディト、URu2Si2 などの異なる結晶構造を持つ系を比較し、普遍的傾向を同定する。
• 磁気歪みおよび場誘起相転移を用いて、量子臨界点に近い状態をプローブする。
• 中間価数状態および混合価数状態の理論的モデリングをYbおよびCe系に適用し、量子臨界性におけるその役割を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CeRu2Si2における量子相転移の性質は、一次相転移か二次相転移か。磁気的および構造的応答によってどのように示唆されるか。
• RQ2 スピン揺らぎと4f電子の局在化はどのように共存し、非摂動的超伝導性の出現に影響を与えるか。
• RQ3 Yb基の重フェルミオン系がCe系の穴ドーピングアナログとしてどの程度に類似しているか。主な相違点は何か。
• RQ4 電子的グリューネイゼンパラメータは、電子相関および量子臨界揺らぎの強さをどのように反映するか。
• RQ5 構造的および電子的不安定性は、UPt3、URu2Si2 および関連化合物における超伝導の発現にどのような役割を果たすか。

主な発見

• CeRu2Si2は強力なスピン揺らぎ駆動型Kondoスクリーニングを示し、磁場誘起磁気歪みが量子臨界場に近い状態を示唆する。
• YbRh2Si2系は局所的量子臨界性の兆候を示し、零磁場近傍で非フェルミ液体的挙動および発散するグリューネイゼンパラメータを観測する。
• 準二次元的Ce115化合物およびCePt3Siの発見は、重フェルミオン系における非摂動的超伝導性の理論的理解を顕著に進展させた。
• UPt3、URu2Si2、UPd2Al3、およびUBe13は、強い相関と非BCSペアリングメカニズムを示す、非摂動的超伝導体の代表例として確立された。
• 重フェルミオン系における電子的グリューネイゼンパラメータはしばしば100を超えることがあり、体積および圧力に対する極めて高い感受度を示し、強力な4fスピンおよび電荷揺らぎと関連する。
• Ce系における長距離磁気秩序の崩壊は、中間価数状態の出現を伴うことがあり、局在的および拡散的4f状態の微妙なバランスを示唆する。