量子臨界現象は絶対零度近傍で量子的なゆらぎによって, 物質の性質が劇的に変化する現象です. 磁場や圧力といった外部パラメータを変化させることで, この量子的なゆらぎを制御することが可能であり, 絶対零度で相転移が起きる点 (量子臨界点) 近傍で強いゆらぎを起源とした超伝導やスピン液体といったエキゾチックな物性が出現する可能性があることから, 現代物性物理学の主要なトピックとなっています.
その量子臨界性を表す指標として, 磁化の温度微分と比熱の比である「磁気グリューナイゼン比」が知られ, 磁場をパラメータとした場合, 理論的には量子臨界点において発散を示すことが提案されており, 実験的にも特に複数の重い電子系物質で検証がされてきました. 一方で, しばしば量子臨界性と物質の異方性が結びつくことがあります. このような場合は物質のあらゆる結晶軸方向に対する磁場において検証する必要があり, 困難を伴います.
我々は一定磁場の下で結晶を回転させることで生じる温度変化である回転磁気熱量効果を利用して, 異方性と量子臨界性を結びつける新たな指標「回転グリューナイゼン比」を提案しました. この量は「磁気グリューナイゼン比」に異方性を取り入れた相補的な物理量となっています. この手法を擬カゴメ格子重い電子系金属CeRhSn, CeIrSnという２つの類形物質に適用したところ, どちらの物質も量子臨界性は容易軸方向の磁場において急激に抑制され, 「回転グリューナイゼン比」は同じ臨界指数によってスケーリングすることを明らかにしました. これは２つの物質における量子臨界現象の普遍性と, この新たな量子臨界性の指標の有効性を示唆しています. 本研究成果をまとめた論文はアメリカ物理学会が刊行する学術雑誌「Physical Review B」に掲載されました. 本研究は旧橘高研究室(現東大駒場)での成果です.
