ヘリウムガス駆動一軸圧力セルによる ウラン化合物の極低温物性

摘要

希土類あるいはウランを含むf電子系化合物において，圧力（静水圧）はその系の基底状態をチューニングして興味深い物性を引き出す重要なツールである。よく知られたドニアックモデルによれば，バンド幅あるいは状態密度をチューニングすることによって，磁気秩序を生み出すRKKY相互作用と逆にそれを抑制する近藤効果の拮抗が起き，やがては磁気秩序が抑制される。磁気秩序温度がゼロに向かう量子臨界点近傍では，電子間の相関が極めて強く，電子の有効質量が100倍から1,000倍ものいわゆる重い電子状態が出現する。この近傍では，非従来型超伝導や非フェルミ液体，メタ磁性，多極子秩序などの多彩な量子臨界現象が観測される。重い電子系の物理において，圧力による量子臨界現象の研究が盛んになってきたのは，CeIn_3，CePd_2Si_2における圧力誘起超伝導の発見以降だろう。その後，CeTIn_5(r=Co,Rh,Ir)において，常圧を含む圧力下の反強磁性量子臨界点近傍における超伝導の研究が本格化した。セリウム化合物においては，圧力は磁気秩序した状態から非磁性の重い電子状態へ変化させる効果をもたらす。もちろん，チューニングパラメーターのどのあたりに位置するかは物質によって様々であり，また圧力応答も異なる。いずれにせよ，物質に正の圧力を加えることは従来の圧力セルを用いて容易に可能であるが，負の圧力を加えることはできない。どうしても負の圧力を加えたいときには，試料の一部を元素置換することになる。例えば，非磁性でメタ磁性を伴うCeRu_2Si_2のCeをLaに一部元素置換すると，7.5%の置換で反強磁性秩序が誘起される。もちろん，元素置換すると電子数が異なり，系に乱れを導入することになるので負の圧力と全く同じ効果というわけにはいかない。