九大ら,希土類化合物の重い電子状態を直接観測

九州大学と福岡工業大学は,希土類物質中のf軌道電子が伝導電子と相互作用して重い電子状態を形成する過程で誘起する,フェルミ面近傍における電子状態の変化を直接観察することに初めて成功した(ニュースリリース)。

希土類元素は強力な永久磁石の構成材料になるなど,その化合物が示す多彩な性質は様々な先端科学分野で利用されている。

このような希土類化合物の特性は,f軌道の不対電子が電気伝導を担う伝導電子と量子力学的な相互作用をすることに起因している。特に電子の量子性が顕著に現れる低温下では,この相互作用によって,近藤効果や重い電子状態などの様々な量子現象が発現することが知られている。一方,電子状態密度測定などの微視的な手法を用いた,重い電子状態の形成・成長過程に関する研究報告は限られていた。

そこで研究グループは,Eu系では例外的に低温において非整数の価数を持ち重い電子状態の形成が報告されているEuNi2P2に注目し,点接合分光法を用いて電子状態密度測定を行なった。その結果,温度の低下に伴い点接合分光信号が大きく変化し,電子状態密度が変移して行くことを見出した。

この温度依存性について理論計算を用いた詳細な解析を行なったところ,信号の変化は温度低下に伴い近藤効果によって遮蔽された各格子点上の希土類イオンの電子雲が結晶全体に広がり重い電子状態へ移行したと考えることで,よく理解できることが分かったという。

つまり,点接合分光法を用いたフェルミ面近傍の電子状態密度の測定という微視的観点より,温度低下に伴うEuNi2P2の重い電子状態の形成・成長過程の詳細が明らかになった。研究グループは今後,様々な物質に応用して研究を発展させて行なこうと計画しているとしている。

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