重い電子系の物理(講義,第56回物性若手夏の学校(2011年度) 研究と人生の指針-Beyond the CoMPaSS of your field.-,講義ノート)

Abstract

セリウムやウラン元素等を含む希土類・アクチノイド化合物の磁気を担うf電子は、主として原子に局在している。したがって、伝導電子を媒介にして隣り合うf電子間に磁気秩序を促すRKKY相互作用がはたらく。一方、伝導電子のスピンによってf電子の磁気モーメントが打ち消されるような近藤効果もはたらく。重い電子系は両者の拮抗の中で発現する強相関電子系である。このような局在f電子は低温で有効質量のきわめて大きな伝導電子に変貌して結晶中を遍歴するようになる。重い電子系の物理の醍醐味は、磁性体を超伝導体に変えることが可能なことである。例えば、反強磁性体のセリウム化合物に圧力を加えると、ネール点T_Nが圧力Pとともに減少し、やがてある臨界圧力P_CでT_N=0が実現する(P→P_CでT_N→0)。この量子臨界点近傍は重い電子状態であり、通常のBCS超伝導とは異なる新しいタイプの超伝導が出現する。バンド理論、磁性や超伝導の基礎から出発して、重い電子系の物理を解説する。