研究ハイライト

希土類化合物CeRh₂As₂に潜む非自明な秩序特定に向けた第一原理的アプローチ

2021年に発見された希土類化合物CeRh₂As₂は、磁場中で複数の異なる超伝導状態を示す「多相超伝導体」として知られています。さらに、超伝導と反強磁性の共存や、超伝導相の高温側における非自明な秩序相(I相)の存在など、複数の秩序が共存・競合する多彩な物性を持つ物質です。一般的な反強磁性秩序が外部磁場によって抑制・破壊されるのに対し、CeRh₂As₂のI相は面内磁場下でのみ秩序が増強されるという特徴的な異方性を示します。現在、このI相の起源が磁気秩序であるか電気四極子秩序であるか、またI相と多相超伝導および反強磁性との関係について活発な議論が続いています。

我々はCeRh₂As₂のI相における秩序変数を特定するため、密度汎関数理論(DFT)に動的平均場理論(DMFT)を組み合わせた「DFT+DMFT法」を用いて、”多極子ゆらぎ”と呼ばれる量を第一原理的に評価しました。計算の結果、反強磁性ゆらぎの発達が見られ、I相の正体がc軸に平行な磁気モーメントによる２次元的な反強磁性秩序であることを解明しました。さらに、面内磁場下における秩序の増強は、磁場によって誘起された電気四極子の寄与によって説明されることを示しました。

本研究は、既知の秩序状態の再現にとどまらず、希土類化合物に潜む非自明な秩序状態に対して第一原理的なアプローチを適用し、秩序の解明に至った数少ない成功例です。提案した秩序状態が数々の実験事実と整合したことは、本手法が強相関化合物の未知の物性を解き明かすための強力な手法であることを裏付けています。

K. Numa, E. Matsuda, A. Kirikoshi, J. Otsuki
Phys. Rev. B 113, 115141 (2026) – Published 18 March, 2026