強相関電子系物質の相図におけるパラダイムシフト~半世紀使われてきたドニアック相図を超えて~

2026-01-21 理化学研究所

理化学研究所などの国際共同研究は、近藤半導体Ce(Ru1-xRhx)2Al10で、伝導電子とCeの4f電子の結合(c-f混成)が方向によって異なる(異方的)ことを実験的に捉え、強相関電子系の「羅針盤」となる新しい相図を提案した。ARPES(角度分解光電子分光)やSPring-8/HiSORの放射光実験により、わずかなRh置換で電子構造が質的に変わるリフシッツ転移が起き、c-f混成の強い方向がc軸からb軸へ切り替わることを発見。従来約50年使われてきたドニアック相図はc-f混成を等方的に扱うため、この物質の異常な反強磁性(磁化しやすい方向と異なる方向に秩序が出る)を十分説明できなかった。そこで、軸方向ごとの混成強度を取り入れた高次元相図で、遍歴的反強磁性~局在的反強磁性~重い電子状態への遷移を統一的に描く枠組みを示した。成果はPhysical Review Lettersに掲載。

強相関電子系物質の相図におけるパラダイムシフト~半世紀使われてきたドニアック相図を超えて~
図1 CeRu2Al10の結晶構造、ARPES実験のセットアップ

<関連情報>

Ce⁢(Ru1−⁢Rh)2⁢Al10における移動型から局在型への重い電子磁性:ドニアック相図を超えた方向依存性相図 Itinerant to Localized Heavy Electron Magnetism in Ce⁢(Ru1−⁢Rh)2⁢Al10: A Direction-Dependent Phase Diagram beyond the Doniach Phase Diagram

Hitoshi Yamaoka, Hiroshi Tanida, Eike F. Schwier, Yoshiya Yamamoto, Shiv Kumar, Masashi Arita, Kenya Shimada, Fumisato Tajima, Renta Onodera et al.
Physical Review Letters  Published: 24 December, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/hdcf-dycj

Abstract

Electronic and crystal structures of Ce⁢(Ru1−⁢Rh)2⁢Al10 have been studied using x-ray emission spectroscopy, photoelectron spectroscopy (PES), and x-ray diffraction. No structural phase transition was observed up to =0.1, while the x-ray absorption spectra showed a Ce valence transition between =0.03 and 0.05, accompanied by an increase in − hybridization strength, suggesting a Lifshitz transition. Angle-resolved PES conducted on the =0.1 sample revealed stronger hybridization along the axis compared to the other axes. Direction-dependent hybridization introduces complexity in applying conventional phase diagrams. For the first time, we propose a direction-dependent phase diagram for Ce⁢(Ru1−⁢Rh)2⁢Al10, advancing beyond the traditional Doniach phase diagram.

0400電気電子一般
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