九州大学大学院工学研究院、同大学院理学研究院および福岡工業大学のグループが、価数秩序物質において「近藤共鳴」を観測することに成功した。研究成果は米国物理学会発行の学術誌「Physical Review B」オンライン版で「Editor’s Suggestion （注目論文）」に選出された。
研究グループが注目したのは、希土類化合物の一つであるYbPd（イッテルビウム・パラジウム）だ。希土類化合物では、4f軌道の不対電子が電気伝導を担う伝導電子と量子力学的な相互作用をすることで、多彩な性質を示すという特徴がある。例えばハイブリッド自動車で使われる永久磁石の構成材料など、様々な先端科学分野で利用可能だ。
YbPdでは、Ybの価数が+2.6価を持つ2次元面と+3価を持つ2次元面が交互に配列するという特異な構造が実現することがわかっている。このように同種元素のイオンが価数の異なる状態で空間的に秩序化して並ぶことを価数秩序と呼ぶが、価数秩序構造でどのような電子状態が出現しているのかは、これまで不明だった。
今回、点接合分光法を用いてYbPdの電子のエネルギー状態を詳細に調べたところ、2種類のファノ共鳴信号が観測された。これは、単一のエネルギー準位が連続的なエネルギー準位と干渉することによって生じる量子力学的共鳴効果であり、特徴的に温度変化するファノ信号が検出されたことは、各Ybサイトで独立に「近藤共鳴状態」が出現していることを示すものだという。すなわち、近藤共鳴準位と連続的な伝導電子準位間で干渉が起こってファノ共鳴が起こったと考えられる。
近藤共鳴状態の形成は、f軌道の電子が持つ磁気モーメントが伝導電子によって打ち消されることを意味しており、磁性不純物が伝導電子と磁気的に結合して非磁性状態を作る現象である「近藤効果」が価数秩序物質でも観測できたことになる。この成果は、希土類化合物が示す多彩な磁気的性質の解明に役立つとともに、新たな機能性材料の開発につながるものと期待される。
論文情報：【Physical Review B】Observation of Kondo resonance in valence-ordered YbPd
