物質・材料研究機 共用基盤部門 強磁場共用ステーション 2008 年度 ...

BaNi 2 P 2 の dHvA 測 定
dHvA measurements on BaNi 2 P 2
物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 寺 嶋 太 一 、 木 俣 基 、 薩 川 秀 隆 、 硲 香 織 、 原 田 淳 之 、 今 井 基 晴 、 宇 治 進 也
Taichi Terashima, Motoi Kimata, Hidetaka Satsukawa, Atsushi Harada, Kaori Hazama, Motoharu Imai, Shinya Uji
National Institute for Materials Science
産 業 技 術 総 合 研 究 所 鬼 頭 聖 、 伊 豫 彰 、 永 崎 洋
Hijiri Kito, Akira Iyo, Hiroshi Eisaki
Advanced Industrial Science and Technology
神 戸 大 播 磨 尚 朝
Hisatomo Harima
Kobe University
Abstract:
We have performed measurements of the de Haas-van Alphen (dHvA) oscillation and a band structure calculation for the
pnictide superconductor BaNi 2 P 2 , which is isostructural to BaFe 2 As 2 , the mother compound of the iron-pnictide high-T c
superconductor (Ba 1-x K x )Fe 2 As 2 . Six dHvA-frequency branches with frequencies up to ∼ 8 kT were observed, and they are
in excellent agreement with results of the band-structure calculation. The determined Fermi surface is large, enclosing about
one electron and hole per formula unit, and three-dimensional. This is in contrast to the small two-dimensional Fermi surface
expected for the iron-pnictide high-T c superconductors. The mass enhancement is about two.
Keywords: Fermi surface, BaNi 2 P 2 , de Haas-van Alphen effect, electronic structure, pnictide superconductor
E-mail: TERASHIMA.Taichi@nims.go.jp
1. はじめに
東 工 大 細 野 グループによる LaFeAsO 1-x F x における T c
= 26 K の 超 伝 導 の 発 見 以 来 、 鉄 系 超 伝 導 体 は 盛 んに 研
究 されている。
表 題 の 物 質 BaNi 2 P 2 は BaFe 2 As 2 と 同 型 で T c ~ 3K の
超 伝 導 体 であり、Ni 化 合 物 と Fe 化 合 物 の 電 子 状 態 の
比 較 に 適 当 な 化 合 物 である。そこで BaNi 2 P 2 単 結 晶 の
dHvA 測 定 とバンド 計 算 を 行 い、その 電 子 状 態 につい
て 研 究 した。
これらのデータを 解 析 、 検 討 した 結 果 、 以 下 のよう
な 知 見 を 得 た。
(i) 通 常 の LDA 近 似 のバンド 計 算 で 極 めて 正 確 にフェ
ルミ 面 が 計 算 できる。これは、Fe 系 の 場 合 フェルミレ
ベル 近 傍 の 電 子 状 態 が 異 常 に As の 位 置 に 敏 感 で 様 々
な 問 題 が 生 じるのと 対 照 的 である。
(ii)フェルミ 面 は 大 きく3 次 元 的 である。これは 小 さく
2 次 元 的 な Fe 系 のフェルミ 面 と 対 照 的 である。
(iii) 質 量 増 強 (1+)は 2 倍 程 度 である。
2. 実 験 方 法
BaNi 2 P 2 の 高 品 質 単 結 晶 は 産 総 研 において、 高 圧 法 で
合 成 された。dHvA 振 動 はトルク 法 により 測 定 した。
磁 場 の 発 生 には、 強 磁 場 共 用 ステーションのハイブリ
ッドマグネット、 水 冷 銅 磁 石 、 超 伝 導 磁 石 を 使 用 した。
3. 実 験 結 果 と 考 察
図 1 上 図 に、ハイブリッドマグネットによる 36 T ま
での 測 定 データの 例 を 示 す。 強 磁 場 側 ( 図 の 左 側 )で
低 磁 場 では 見 えない 高 い 周 波 数 の 短 い 周 期 の 振 動 が 現
れているのがわかる。また、 下 図 には 振 動 のフーリエ
変 換 を 示 した。 複 数 の 周 波 数 が 含 まれていることがわ
かる。
結 果 をまとめたのが 図 2である。 様 々な 磁 場 方 位 で
観 測 された dHvA 周 波 数 をバンド 計 算 の 予 測 と 比 較 し
ている。 実 験 と 計 算 の 一 致 は 良 い。また、 図 右 にはバ
ンド 計 算 によるフェルミ 面 を 示 した。
Fig.1 (upper) dHvA torque oscillation in BaNi 2 P 2
and (lower) its Fourier transform (in inverse field).
- 5 -