Study of novel electric states down to ultra-low temperatures

• Project/Area Number: 15K17691
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yamashita Minoru 東京大学, 物性研究所, 准教授 (10464207)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 超低温物性 / 強相関電子系 / 超伝導 / 量子臨界性 / 超低温

Outline of Final Research Achievements

The main focus of this study was to study the strongly-correlated electron systems down to unprecedented ultra-low temperatures (~1 mK); The lowest temperature of the current studies has been limited to ~50 mK. As a first step, we performed quantum oscillation measurements of the d-wave superconductor CeCoIn5 to verify the applicability of these measurements at ultra-low temperatures. Unexpectedly, we found anomalous changes in the quantum oscillation measurements at ultra-low temperatures, indicating an emergence of unknown ordered phase neighboring to the superconducting phase. Although CeCoIn5 has been inferred to be located in the vicinity of a quantum critical point (QCP), no ordered phase corresponding to the QCP has been observed. Our findings not only reveal this long-standing mystery of CeCoIn5, but also demonstrate the presence of rich physics in unexplored ultra-low temperature region.

Research Products

• [Journal Article] Thermal Hall Effect in a Phonon-Glass Ba3CuSb2O9 (2017)
  • Author(s): K. Sugii, M. Shimozawa, D. Watanabe, Y. Suzuki, M. Halim, M. Kimata, Y. Matsumoto, S. Nakatsuji, and M. Yamashita
  • Journal Title: Physical Review Letter Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Emergence of Nontrivial Magnetic Excitations in a Spin Liquid State of Kagome Volborthite (2016)
  • Author(s): D. Watanabe, K. Sugii, M. Shimozawa, Y. Suzuki, T. Yajima, H. Ishikawa, Z. Hiroi, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and M. Yamashita
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 113 Issue: 31 Pages: 8653-8657
  • DOI: 10.1073/pnas.1524076113
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dome-shaped magnetic order competing with high-temperature superconductivity at high pressures in FeSe (2016)
  • Author(s): J. P. Sun, K. Matsuura, G. Z. Ye, Y. Mizukami, M. Shimozawa, K. Matsubayashi, M. Yamashita, T. Watashige, S. Kasahara, Y. Matsuda, J.-Q. Yan, B. C. Sales, Y. Uwatoko, J.-G. Cheng, and T. Shibauch
  • Journal Title: Nature Communication Volume: 7 Issue: 1 Pages: 12146-12146
  • DOI: 10.1038/ncomms12146
  • NAID: 120006335661
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] CeCoIn5における超低温下NMR測定II (2017)
  • Author(s): 田代光輝, 山田章悟, 下澤雅明, 杉井かおり, 山下穣, 谷口貴紀, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • Organizer: 日本物理学会 第７２回年次大会（２０１７年）
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] プロトン-π電子相関系における量子スピン液体状態：元素置換効果の考察 (2017)
  • Author(s): 近藤潤, 下澤雅明, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 木俣基, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也
  • Organizer: 日本物理学会 第７２回年次大会（２０１７年）
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] カイラル反強磁性体Mn3Snの局所磁化測定 (2017)
  • Author(s): 向笠清隆, 下澤雅明, 鈴木喜貴, 山下穣, Muhammad Ikhras, 冨田崇弘, 肥後友也, 中辻知, Marcin Konczykowski, 松田祐司, 松浦康平, 水上雄太, 芝内孝禎, 近藤潤, 杉井かおり, 中村壮智, 勝本信吾
  • Organizer: 日本物理学会 第７２回年次大会（２０１７年）
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 平行平板中超流動ヘリウム3での回転下NMR信号の回転速度依存性 (2017)
  • Author(s): 木村豊, 小原顕, 矢野英雄, 高木丈夫, 山下穣, 石川修六
  • Organizer: 日本物理学会 第７２回年次大会（２０１７年）
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3における熱Hall効果測定 (2017)
  • Author(s): 大西隆史, 杉井かおり, 下澤雅明, 常盤欣文, 栗田伸之, 田中秀数, 山下穣, 芝内孝禎, 松田祐司
  • Organizer: 日本物理学会 第７２回年次大会（２０１７年）
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Anomalous thermal and magnetic properties of the chiral antiferromagnet Mn3Sn (2017)
  • Author(s): 下澤 雅明
  • Organizer: Topological Phases and Functionality of Correlated Electron Systems
  • Place of Presentation: 東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2017-02-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Thermal-Hall effects of spins and phonons (2017)
  • Author(s): 山下 穣
  • Organizer: The 37th REIMEI Workshop on Frontiers of Correlated Quantum Matters and Spintronics
  • Place of Presentation: 東海村産業・情報プラザ（茨城県那珂郡東海村）
  • Year and Date: 2017-01-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] カゴメ格子フラストレート系ボルボサイトの熱輸送異方性測定 (2016)
  • Author(s): 山下穣, 杉井かおり, 下澤雅明, 石川孟, 矢島健, 廣井善二, 芝内孝禎, 松田祐司
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] CeCoIn5における超低温下NMR測定 (2016)
  • Author(s): 田代光揮, 山田章悟, 下澤雅明, 杉井かおり, 山下穣, 谷口貴紀, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 子スピン液体候補物質κ -(ET)2Ag2(CN)3の熱伝導率測定 (2016)
  • Author(s): 近藤潤, 下澤雅明, 山下穣, 前里光彦, 平松孝章, 吉田幸大, 齋藤軍治
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Mn3Snの異常熱ホール効果 (2016)
  • Author(s): 杉井かおり, 今井悠介, 下澤雅明, Muhammad Ikhlas, 清原直樹, 冨田崇弘, 中辻知, 山下穣
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Mn3Snの熱ホール測定 (2016)
  • Author(s): 今井悠介
  • Organizer: 日本物理学会 第７１回年次大会（２０１６年）
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県、仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 超低温下におけるCeCoIn5のde Haas-van Alphen効果 (2016)
  • Author(s): 山田章悟
  • Organizer: 日本物理学会 第７１回年次大会（２０１６年）
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県、仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Anisotropic thermal conductivity of proton fluctuation-induced quantum spin liquid k-H3(Cat-EDT-TTF)2 (2016)
  • Author(s): 下澤雅明
  • Organizer: APS march meeting 2016
  • Place of Presentation: Baltimore (USA)
  • Year and Date: 2016-03-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ba3CuSb2O9の熱輸送特性 (2015)
  • Author(s): 杉井かおり
  • Organizer: 日本物理学会 ２０１５年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府、吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 走査型SQUID顕微鏡システムの試作と検証 (2015)
  • Author(s): 下澤雅明
  • Organizer: 日本物理学会 ２０１５年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府、吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Remarks] スピン液体状態における熱ホール効果の発見 (2016.7.19)
  • URL: http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/issp_wms/DATA/OPTION/news20160719.pdf
• [Remarks] 絶縁体中に磁場で曲がる熱輸送過程があることが判明
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/thermal-conduction-bent-by-magnetic-field-found-in-insulators.html
• [Remarks] 格子振動による熱流が磁場で曲がることを発見 (2017.3.22)
  • URL: http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/issp_wms/DATA/OPTION/release20170322.pdf