磁性体におけるヒッグスモードの理論的研究

• 研究課題/領域番号: 26400332
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 松本 正茂 静岡大学, 理学部, 教授 (20281058)
• 研究分担者: 古賀 幹人 静岡大学, 教育学部, 教授 (40324321)
• 連携研究者: 長谷 正司 物材機構, 中性子散乱グループリーダー (40281654) ; 黒江 晴彦 上智大学, 理工学部, 准教授 (40296885) ; 増田 隆嗣 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90313014)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: ヒッグスモード / 振幅モード / 磁気励起 / 量子スピン / 量子相転移 / 電気磁気効果 / エレクトロマグノン / マルチフェロイクス / 磁性 / 磁気共鳴 / 強相関系 / 超低温・量子凝縮系 / 交差相関 / 量子臨界点 / 中性子散乱 / 電子スピン共鳴

研究成果の概要

ヒッグスモードが期待される磁性体について、複合スピン系を中心として統一的な理論を構築し、それを具体的な物質に適用することで、磁性体のおけるヒッグスモードに関する研究を実施した。国内外の実験グループと協力し、具体的な物質においてヒッグスモードの観測を目指した。その結果、中性子散乱では観測が困難とされていた２次元物質においても、ヒッグスモードが実際に観測されていることを確認した。また、ヒッグスモードは、電気磁気効果によるエレクトロマグノン励起として観測される可能性がある。この点に関する基礎理論を構築し、具体的な物質へ適用して、新たな方法によるヒッグスモードの観測に向けた理論を提出した。

研究成果

• [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory/Clark University/University of California, Irvine(米国)
• [国際共同研究] School for Theoretical Physics, Dortmund/University Erlangen-Nurnberg(ドイツ)
• [国際共同研究] The University of Jordan(ヨルダン)
• [国際共同研究] Australian Centre for Neutron Scattering(オーストラリア)
• [国際共同研究] Paul Scherrer Institut(スイス)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Field induced spontaneous quasiparticle decay and renormalization of quasiparticle dispersion in a quantum antiferromagnet (2017)
  • 著者名/発表者名: Tao Hong, Y. Qiu, M. Matsumoto, D. A. Tennant, K. Coester, K. P. Schmidt, F. F. Awwadi, M. M. Turnbull, H. Agrawal, and A. L. Chernyshev
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 15148-15148
  • DOI: 10.1038/ncomms15148
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetism of the antiferromagnetic spin-3/2 dimer compound CrVMoO7 having an antiferromagnetically ordered state (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Hase, Y. Ebukuro, H. Kuroe, M. Matsumoto, A. Matsuo, K. Kindo, J. R. Hester, T. J. Sato, and H. Yamazaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 14 ページ: 144429-144429
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.144429
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Antisymmetric Spin-Orbit Coupling Effect on Kondo-Induced Electric Polarization in a Triangular Triple Quantum Dot (2017)
  • 著者名/発表者名: Mikito Koga, Masashige Matsumoto, Hiroaki Kusunose
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 5 ページ: 054703-054703
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.054703
  • NAID: 40021185762
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Symmetry Analysis of Spin-Dependent Electric Dipole and Its Application to Magnetoelectric Effects (2017)
  • 著者名/発表者名: Masashige Matsumoto, Kosuke Chimata, Mikito Koga
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 3 ページ: 034704-034704
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.034704
  • NAID: 40021129721
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetoelectric effect in the quantum spin gap system TlCuCl3 (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kimura, K. Kakihata, Y. Sawada, K. Watanabe, M. Matsumoto, M. Hagiwara, and H. Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 18 ページ: 184420-184420
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.184420
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Higgs amplitude mode in a two-dimensional quantum antiferromagnet near the quantum critical point (2017)
  • 著者名/発表者名: Tao Hong, M. Matsumoto, Y. Qiu, W. Chen, T. R. Gentile, S. Watson, F. F. Awwadi, M. M. Turnbull, S. E. Dissanayake, H. Agrawal, R. Toft-Petersen, B. Klemke, K. Coester, K. P. Schmidt, and D. A. Tennant
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetism of the antiferromagnetic spin-1/2 tetramer compound CuInVO5 (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hase, M. Matsumoto, A. Matsuo, and K. Kindo
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 号: 17 ページ: 174421-174421
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.174421
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ferroelectricity by Bose-Einstein condensation in a quantum magnet (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kimura, K. Kakihata, Y. Sawada, K. Watanabe, M. Matsumoto, M. Hagiwara and H. Tanaka
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 2016 号: 1 ページ: 12822-12822
  • DOI: 10.1038/ncomms12822
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Continuous control of local magnetic moment by applied electric field in multiferroics Ba2CoGe2O7 (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Soda, S. Hayashida, B. Roessli, M. Mansson, J. S. White, M. Matsumoto, R. Shiina, and T. Masuda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 号: 9 ページ: 094418-094418
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.094418
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Edge Magnon Excitation in Spin Dimer Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Sakaguchi and M. Matsumoto
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 10 ページ: 104707-104707
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.104707
  • NAID: 40020959381
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] SU(2)–SU(4) Kondo Crossover and Emergent Electric Polarization in a Triangular Triple Quantum Dot (2016)
  • 著者名/発表者名: Mikito Koga, Masashige Matsumoto, and Hiroaki Kusunose
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 6 ページ: 063702-063702
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.063702
  • NAID: 40020851768
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetic excitations in the spin-1/2 tetramer substance Cu2114Cd11B2O6 obtained by inelastic neutron scattering experiments (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hase, K. Nakajima, S. Ohira-Kawamura, Y. Kawakita, T. Kikuchi, and M. Matsumoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 18 ページ: 184412-184412
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.184412
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electromagnon excitation and longitudinal mode studied on the basis of symmetric spin-dependent electric polarization (2015)
  • 著者名/発表者名: Masashige Matsumoto
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 592 ページ: 012123-012123
  • DOI: 10.1088/1742-6596/592/1/012123
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical Study of Magnetic Excitation in Interacting Inequivalent Spin Dimer System NH4CuCl3 (2015)
  • 著者名/発表者名: Masashige Matsumoto
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 84 号: 3 ページ: 034701-034701
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.034701
  • NAID: 210000133476
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electromagnon as a Probe of Higgs (Longitudinal) Mode in Collinear and Noncollinear Magnetically Ordered States (2014)
  • 著者名/発表者名: Masashige Matsumoto
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 号: 8 ページ: 084704-084704
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.084704
  • NAID: 40020158062
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 対称性による磁性誘起電気双極子の分類と電気磁気効果への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 街健祐, 松本正茂, 古賀幹人
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 近藤誘起電気分極における反対称スピン軌道相互作用の効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 古賀幹人, 松本正茂, 楠瀬博明
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 量子スピンギャップ系KCuCl3の電場励起ESR (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村尚次郎, 渡辺和雄, 赤木暢, 萩原政幸, 松本正茂, 田中秀数
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] スピン1/2テトラマー物質CuInVO5の磁性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長谷正司, 松本正茂, 松尾晶, 金道浩一
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Direct observation of the Higgs amplitude mode in a two-dimensional quantum antiferromagnet near the quantum critical point (2017)
  • 著者名/発表者名: Tao Hong, M. Matsumoto, Y. Qiu, W. C. Chen, T. R. Gentile, S. Watson, F. F. Awwadi, M. M. Turnbull, S. E. Dissanayake, H. Agrawal, R. Toft-Petersen, B. Klemke, K. Coester, K. P. Schmidt, and D. A. Tennant
  • 学会等名: アメリカ物理学会 March Meeting
  • 発表場所: New Orleans, Louisiana, USA
  • 年月日: 2017-03-13
• [学会発表] スピンダイマー系における磁気励起の境界効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阪口諒、松本正茂
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] ダイヤモンド鎖Cu3(CrO4)2(OH)2(C5H5N)2の強磁場磁化過程 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅野貴行, 市村収太, 稲垣祐次, 河江達也, 松本正茂 他
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 非等価スピンダイマー系NH4CuCl3における磁気励起の理論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松本正茂
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] 三量体Cs2Cu3P4O14の磁化過程におけるフラストレーション効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅野貴行、松浦圭介、松尾晶、金道浩一、松本正茂
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都）
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] Electromagnon excitation and longitudinal mode studied on the basis of symmetric spin-dependent electric polarization (2014)
  • 著者名/発表者名: Masashige Matsumoto
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electrons 2014 (SCES-2014)
  • 発表場所: Campus Saint Martin d'Heres, Grenoble, France
  • 年月日: 2014-07-07
• [学会発表] Higgs mode in quantum spin systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Masashige Matsumoto
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所 International Workshop "Higgs Modes in Condensed Matter and Quantum Gases"
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所（京都府）
  • 年月日: 2014-06-23
  • 招待講演