博士（理学）鈴木俊彦
学位 論文 題名Study of antiferromagnetism in heavy fermioncompound瞰 1− XPり 3byk） Wtemperan】 reheatCapaciぢ meaSurement（低 温比 熱測定による重い電子系U（Pt1−xPdエ）3の反強磁性に関する研究）

学 位 論 文 内 容 の 要旨

重い電子系超伝導物質UPt3は、超伝導相が温度と外部磁場に対する多重相図を有し、その特異な超伝導の起源を明らかにするために多くの研究者によって精力的に研究が行われている。等方的な超伝導ギャップをもつ典型的なB
CS超伝導体の熱力学的特性が指数関数的な温度依存性を示すのに対し、UPt3の超伝導状態における比熱や熱伝導は温度のべキ乗に比例し、超伝導ギャップに異方性が存在することを示唆している。また、常伝導状態における比熱のupturnで示される強磁性的なスピン揺らぎの存在が示唆される一方で、微小な磁気モーメント(0.02 /LB)をもつ反強磁性秩序と超伝導状態との共存が中性子散乱の実験によって観測され、対形成の引カや多重相図の起源と密接に関わるものとして注目されているが、帯磁率、比熱、NMRなどの実験手段では長距離秩序の存在は確認されて
い な い 。 こ れ に 対し 、UPt3の Ptサ イト をPdで、 ある いは Uサイ トを Th等 で置 換す る
ことにより超伝導状態は急速に消失し、大きな磁気モーメントをもつ反強磁性秩序が出現する。U(Ptl̲エPdエ）3の反強磁性秩序の磁気構造はU
Pt3の小さな磁気モーメントの反強磁性のそれと同じであり、磁気モーメントの差異にもかかわらず転移温度はほぽ同程度である。元素置換UPt3系において現れる反強磁性秩序の性質とその起源、UPt3における小さな磁気モーメントを持った反強磁性との関係については、発見から10年以上が経過した今日においても未だ解決されていない。
本研究では、U(PtiーエPdヨ）3のスピンの揺らぎと磁気秩序についての知見を得ることを目的として、Pd濃度を微細に制御した試料(Pd濃度2％、4％、5％、6％、8％、9％、及びlOVo)について零磁場およぴ12Tまでの高磁場中において低温比熱測定を行った。この重い電子系では比熱の低温におけるupturn(T31nT項）から強磁性的なスピン揺らぎが存在が示唆されており、高磁場中比熱測定により系の磁気相関の変化を探り、重い電子系超伝導物質における特異な磁気的性質を解明することを目的とした。本論文では、上記に要約した研究 の背景と 目的を第 1章において述べた。第2章では実験方法を述べ、第3章では実験結果をまとめ、第4章で得られた成果に対する議論を展開した。以下にこれを要約する。
P
d濃度x‑0.02〜 0.08の試料において磁気転移に伴う比熱の異常が観測された。しかしながら磁気転移に伴うエントピーの変化は小さく、磁気転移温度以下の磁気秩序状態においても電子比熱係数の値は大きな値(‑Yx=0.
05 490mj/K2mol)を持っており重い電子状態にあることが示された。このことは、低温磁気秩序相においてもスピンの自由度が残っていることを示している。
低温で はUPt3の比熱 と同様に C/Tの温度依 存性にupturnが 観測され た。この温 度依存性はUPt3で議論されているようなスピン揺らぎの寄与によるT31n(T/To)
項としては説明できず、低温においてlogTの温度依存性であることが明らかになった。logTの温度依存性が最も顕著に観測されたPd
濃度10％の試料では測定範囲の温度において磁気転移が観測されていないことから、丁→0での磁気転移への近接によってlogT項が説明できるようにみえる。しかしながら、明確な磁気転移が観測されている試料における磁気秩序状態においてもlogT項は観測されており、上記のT→Oでの磁気転移による非フェルミ液体論的振る舞いではこれを説明することは出来ない。Ul‑エZrエPt3およびU1‑エHfTPt3においては置換元素の増加によってT31n(T/昂）項にとってかわり、0.
2〜20Kの広範囲において比熱にlogT項 が出現す ることが観測され、UPt3系において2チャンネル近藤効果が出現する可能性が議論されており、U(Ptl̲カPdエ）3におけるlogT項の起源は今後明らかにすべき重要な問題点であることを指摘した。lOmKに至る極低温で重い電子状態の比熱の振舞を調べることの重要性を提示した。
さらに、磁気転移温度は外部磁場の印加により磁場の2乗(H2)に比例して低下することが観測された。一方、c軸配向試料に対する磁場効果の測定からは、c軸方向と面内方向では、磁気転移温度の低下に大きな違いがみられ、U
Pt3において観測されている大きな磁気異方性は、Pd置換によって出現した大きな磁気モーメントをもつ反強磁性秩序においても存在していることが明らかとなった。

学 位 論 文 審 査 の 要旨
主査
副査
副査
副査

教授
教授教授講師

熊 谷健一
大 川房義
榊 原俊郎
網 塚 浩

学 位 論 文 題 名Study of antiferromagneti
sm in heavyfermionco
mpound(Ptl‑xP
d3bylowte
mperatureheatca
pacitymeasurement（ 低温 比熱 測定による重い電子系U(Pti一XPdx)3の反強磁性に関する研究）

重い電子系超伝導物質UPtユは、超伝導相が温度と外部磁場に対する多重相図を有し、また 、超 伝導 ギャップに異方性が存在するなどその特異な超伝導の起源に興味が持たれている。微小な磁気モーメント(0.02ルB）をもつ反強磁性秩序と超伝導との共存が中性子
散乱 の実 験に よって観測され、対形成の引カや超伝導多重相の起源と密接に関わるものとレ て注 目さ れているが、他の実験手段では長距離秩序の存在は確認されていない。一方 、 UPt3の Ptサ イ トを Pdで 、あ るい はUサ イト を他 元素 で置 換す るこ とに より 超伝 導状態 は急 速に 消失し、大きな磁気モーメン卜をもつ反強磁性秩序が出現することが知られている。申請者は、U(Pti一xPdJ3における反強磁性秩序とスピンの揺らぎに関する知見を得 るこ とに より、重い電子系に現れる特異な磁気転移と磁気状態を明らかにすることを 目 的 と し て 、 12Tま で の 高 磁 場 下 で の 極 低 温 比 熱 測 定 を 行 っ た 。
本 論文 では 、研 究の 背景と 目的 を第 1章 にお いて 述べ、 第2章で は実 験方法を述べている 。Pd濃度 を微 細に 制御し た作 製し た試 料がc軸配向しており、磁場依存性における異方 性の 解析 が可 能で あるこ とを 指摘 する とともに、零磁場および12Tまでの高磁場中に お い て 1K以 下 の 低 温 比 熱 測 定 を お こ な う 測 定 装 置 の 開 発 に つ い て 述 べ た 。
第 3章で 実験 結果 をま とめ 、第 4章で 得ら れた 成果 に対 する 議論 を展 開した。本研究にお いて 磁気 転移に伴う比熱の異常が観測されるが、磁気転移に伴うエントピーの変化は小さい。磁気転移温度以下の磁気秩序状態においても電子比熱係数は大きな値（〜500rrlJ/K2ITlODを持つ重い電子状態にあることが示され、低温においてlogTの温度依存性で増大 すること を実験的 に明らかに した。こ のことは 、低温磁 気秩序相 においてもスピンの自 由度が残 っている ことを示し ているが 、反強磁 性状態に おいて現 れるlogT項の温度
依 存 性の 起 源が 、 2チ ャンネル 近藤効果 やT→Oでの磁 気転移へ の近接に よって出 現する
非フ ェルミ液 体論的振 る舞いでは これを説 明するこ とは出来 ず、反強 磁性揺らぎを取り入れ たSCR理論で 解析可能 であること を示唆し た。
一方 、c軸配向 試料に対 する磁場効 果の測定 から、c軸 方向と面 内方向で は、磁気転移温度 の低下に 大きな違 いがみられ 、UPt3におい て観測さ れている 大きな磁 気異方性は、Pd置換 によって 出現した大きな磁気モーメントをもつ反強磁性秩序においても存在する。
磁気 転移温度 は外部磁 場の印加に より磁場 の2乗(H2)に比例して低下し、その変化率は帯磁率 とスケー ルするこ とを明らか にした。
また 、申請者 は、反強 磁性スピン 揺らぎに よる大きな比熱である低温で求められるlog
項の 差し引く ことによ り転移に伴 う比熱を 解析し、 その温度 依存性か らスピン励起にギヤッ プが開い ているこ とを示した 。このこ とから、U(Pt卜xPdJ3において出現する磁気秩序 が スピ ン 密度 波 （ SDW)による磁 気転移で あることを 示し、特 定のPd濃度 における フェル ミ面のネ スティン グ効果によ る可能性 を議論レ た。
これ を要する に、申請 者は、特異 な重い電 子系にお いて出現 する磁気 秩序の特性を明かに し、磁気 秩序状態 における反 強磁性ス ピンの揺 らぎの効 果の重要 性を指摘しその学術 的評価 は高く、強 相関電子系 の磁性の研 究に貢献す ることが極 めて大であ る。
よっ て審査員 一同は本論文の申請者鈴木俊彦は北海道大学博士（理学）の学位を受けるに十 分な資格 があるも のと認定し た。