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ハイブリッドマグネットによる KOs 2 O 6 の上部臨界磁場と dHvA 測定Upper critical field and de Haas-van Alphen oscillations in KOs 2 O 6 measured in the hybrid magnet物質・材料研究機構寺嶋太一、栗田伸之、原田淳之、小玉恒太、宇治進也Taichi Terashima, Nobuyuki Kurita, Atsushi Harada, Kota Kodama, Shinya UjiNational Institute for Materials Science東大山浦淳一、廣井善二Jun-ichi Yamaura, Zenji HiroiInstitute for Solid State Physics, University of Tokyo神戸大播磨尚朝Hisatomo HarimaDepartment of Physics, Graduate School of Science, Kobe UniversityAbstract:Magnetic torque measurements have been performed on a KOs 2 O 6 single crystal in magnetic fields up to 35.3 T and attemperatures down to 0.6 K. The upper critical field is determined to be ~30 T. De Haas-van Alphen oscillations areobserved. A large mass enhancement of (1+) = m* / m band = 7.6 is found. It is suggested that, for the large upper criticalfield to be reconciled with Pauli paramagnetic limiting, the observed mass enhancement must be of electron-phonon originfor the most part.Keywords: de Haas-van Alphen effect, KOs 2 O 6 , - pyrochlore osmium oxidesE-mail: TERASHIMA.Taichi@nims.go.jp1. はじめにパイロクロア酸化物 KOs 2 O 6 の結晶構造を見ると、K イオンは OsO 6 八面体によって作られるかごの中に閉じ込められていますが、かごが大きすぎるため K イオンはかごの中で大きく振動することが出来ます。そのような振動をラットリングと呼びます。KOs 2 O 6 は T c = 9.6 K の超伝導体ですが、その超伝導機構は通常の電子格子相互作用に基づくものとは少し様子が異なり、K イオンのラットリング振動が大きな役割を果たしていると考えられています。[Y. Nagao etal., J. Phys. Soc. Jpn. 78, 064702 (2009)]私たちは、今回ハイブリッドマグネットを使用して、KOs 2 O 6 の磁気トルクの測定を行い、この特殊な超伝導体の上部臨界磁場と電子状態について研究しました。2. 実験方法用いた試料は単結晶で、磁気トルクの測定には自己検知型のマイクロカンチレバーを使用しました( 図 1の挿入図 )。ハイブリッドマグネットとヘリウム3 冷凍機により最大磁場 35.3 T、最低温度 0.6 K を実現しました。3. 実験結果と考察図 1に測定データの例を示します。約 30 T 以下では、磁場を上げていく場合と下げていく場合のトルクが大きく異なります。これより上部臨界磁場は約 30 T と決定できます。この値は過去の報告と整合します。この上部臨界磁場が単純な計算で見積もったパウリリミット(B po = 1.84 T c = 18 T)より高いため、KOs 2 O 6 では結晶構造の反転対称性が失われてパウリリミットが効いていないとの主張が過去においてありました。しかしながら、結晶構造解析やラマン分光などの結果から結晶構造が低温まで反転対称性を保っていることははっきりしており、そのような解釈は成り立ちません。下記に示すようにこの物質中の電子には多対効果による強い質量増強が起きています。そこで、私たちは上部臨界磁場に対する強結合効果を考慮して詳細に検討した結果、この高い上部臨界磁場を説明するのに反転対称性の破れは必要なく、多対効果のうち電子格子相互作用が電子間相互作用に比して十分に強ければよいことがわかりました。図 1の角度 21°と 31°では、上部臨界磁場より高磁場側でトルクのデータが波打って( 振動して)います。これはドーハース・ファンアルフェン(dHvA) 効果によるものです。観測された振動の周期は、バンド計算から予想されるホールのフェルミ面上の軌道によるものとよく一致しました。振動の温度変化を測って電子の有効質量を見積もると自由電子の 5.2 倍となりました。これをバンド計算の予想と比較すると、実に 7.6倍も多対効果による質量増強を受けていることがわかりました。これは、KOs 2 O 6 より高い T c を持つ A15 化合物、シェブレル相化合物、ホウ素炭化物超伝導体、MgB 2 などにおけるせいぜい4 倍程度の質量増強と比べてはるかに強い質量増強効果で、ラットリング起源の超伝導の特異性の一端を捕らえているように思います。- 13 -
Fig. 1 Magnetic torque of KOs 2 O 6 at 0.6 K for threedifferent field directions. Both field up and field downsweeps are shown. The left inset shows the single crystalsample mounted on a microcantilever, and the right thedefinition of the field angle .4. まとめパイロクロア酸化物 KOs 2 O 6 の磁気トルク測定を、ハイブリッドマグネットを使って 35.3 T の強磁場まで行いました。上部臨界磁場が約 30 T であることを確認しました。また、この物質の dHvA 振動を世界で初めて観測しました。- 14 -
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