圧力磁場誘起らせん秩序の観測によるキラリティ自発形成機構の研究

• Project/Area Number: 20H01854
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 松村 武 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (00312546)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石松 直樹 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 助教 (70343291)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2020: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
• Keywords: キラル磁性 / 共鳴X線回折 / 超高圧 / 価数転移 / キラル磁性体 / らせん磁気秩序 / 空間反転対称性 / 圧力 / らせん磁性 / 中性子散乱

Outline of Research at the Start

キラルな結晶構造を有する磁性体では，非自明な秩序構造がマクロスケールで出現する創発的なスピン秩序形成が起こる．
これらの現象の起源にあるのが，対称性が低い結晶中でスピンや軌道の自由度が感じるねじれた反対称相互作用である．本研究では，近年新物質の発見が相次ぐf電子系らせん磁性を広く対象とし，磁気キラルソリトン格子に代表される非線形で創発的ならせん磁気構造とその動的状態を，放射光X線と中性子線を相補的に利用することでミクロに観測する．系の対称性を問わず，自然界に普遍的かつ本質的に潜むらせん形成機構について，電子間相互作用の立場から明らかにする．

Outline of Annual Research Achievements

圧力下共鳴X線回折によるYbNi3Ga9のらせん磁気秩序と磁場誘起キラルソリトン格子の観測をねらった実験をSPring-8のBL19LXUで行った．小型ダイヤモンドアンビルセル(DAC)に，透過配置で共鳴X線回折を行うための厚さ15ミクロンの単結晶試料のヘリウムガス圧封入を完了し，10GPaの圧力をかけた状態で，加圧に伴う結晶性の劣化による格子基本反射のブラッグピーク幅の増大も見られない，良好な状況で行った実験であったが，残念ながら目的とする磁気回折ピークを見つけることはできなかった．磁気秩序の形成がまだ弱く，Braggピーク強度が観測に十分なものではなかった可能性がある．ただ，一通りの技術の蓄積ができたことは大きな進展であり，他の物質への展開に期待は持てる．
反転心を持たない正方晶化合物EuIrGe3について，円偏光X線を使ったサイクロイド磁気ヘリシティの観測を行い，単一ヘリシティになっており，反対称相互作用があることを見いだした．また，磁場によるドメイン選択が起こり，磁気相図におけるミクロな構造変化との対応関係を明らかにした．EuRhGe3については磁気回折ピーク探索，EuNiGe3については磁場中中間相での磁気構造解明のための実験を行った．
YbNi3Al9については，育成に成功した大型単結晶を使った低エネルギースピン波励起の観測にを目的として，オーストラリアのANSTO中性子散乱施設で非弾性中性子散乱実験を行った．転移温度以下で基底状態が分裂することにより，1.2meVの励起ピークが出現することを観測した．分散関係を含め，データを解析中である．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

圧力下共鳴X線回折によるYbNi3Ga9のらせん磁気秩序の観測は不成功に終わったが，実験技術の蓄積があったことは大きな成果であり，今後の展開に期待が持てる．CeCoSiの隠れた秩序相における構造相転移の論文，EuIrGe3のサイクロイド磁気構造の論文，YbNi3Al9の結晶場励起に関する論文と，主要な成果をまとめた論文も出版され，理解が進んでいる．非弾性中性子散乱実験も磁気励起ピークが観測され，着実に進展している．

Strategy for Future Research Activity

2023年度はEuNiGe3の磁場中中間相での磁気構造解明を第一目標とし，引き続き，放射光施設での共鳴X線回折実験に取り組む．EuIrGe3におけるc軸磁場中での磁気構造，EuRhGe3の磁気構造探索も行う．
YbNi3Al9については，ANSTOでの冷中性子非弾性散乱実験を継続して行っていく．低エネルギー励起の分散関係をより詳細に調べるため，飛行時間法による波数空間全体の励起スペクトル観測を行うための課題申請をしている．また，磁場をc面内にかけて強磁性状態にしたときには通常のスピン波励起が観測されると考えられるので，その観測を目的とした課題申請も行っている．方位の揃った大型単結晶育成も継続して行う．c軸磁場方向でのコニカル磁気構造と原子変位に関する結果は論文にまとめる．

Research Products

• [Journal Article] Crystal field excitation in the chiral helimagnet YbNi3Al9 (2023)
  • Author(s): Tsukagoshi Mitsuru、Kishida Suguru、Kurauchi Kenshin、Ito Daichi、Kubo Koya、Matsumura Takeshi、Ikeda Yoichi、Nakamura Shota、Ohara Shigeo
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Issue: 10 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.104425
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ferrimagnetic coupling between cobalt and light rare-earth samarium induced by dense hydrogenation of SmCo5 permanent magnet under high pressures (2023)
  • Author(s): Naoki Ishimatsu, Kentaro Ishimoto, Kouji Sakaki, Yumiko Nakamura, Naomi Kawamura, Saori I. Kawaguchi, Naohisa Hirao, Satoshi Nakano
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 7 Issue: 2 Pages: 24401-24401
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.7.024401
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pressure-induced Structural Phase Transition and New Superconducting Phase in UTe2 (2023)
  • Author(s): Fuminori Honda, Shintaro Kobayashi, Naomi Kawamura, Saori I. Kawaguchi, Takatsugu Koizumi, Yoshiki J. Sato, Yoshiya Homma, Naoki Ishimatsu, Jun Gouchi, Yoshiya Uwatoko, Hisatomo Harima, Jacques Flouquet, and Dai Aoki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 92 Issue: 4 Pages: 044702-044702
  • DOI: 10.7566/jpsj.92.044702
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cycloidal Magnetic Ordering in Noncentrosymmetric EuIrGe₃ (2022)
  • Author(s): Matsumura Takeshi、Tsukagoshi Mitsuru、Ueda Yoshihisa、Higa Nonoka、Nakao Akiko、Kaneko Koji、Kakihana Masashi、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 91 Issue: 7 Pages: 073703-073703
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.073703
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural Phase Transition and Possible Valence Instability of Ce-4f Electron Induced by Pressure in CeCoSi (2022)
  • Author(s): Kawamura Yukihiro、Ikeda Kakeru、Dalan Alisha Nurshafiqah Binti Amat、Hayashi Junichi、Takeda Keiki、Sekine Chihiro、Matsumura Takeshi、Gouchi Jun、Uwatoko Yoshiya、Tomita Takahiro、Takahashi Hiroki、Tanida Hiroshi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 91 Issue: 6
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.064714
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Transition in the Hidden Ordered Phase of CeCoSi (2022)
  • Author(s): Matsumura Takeshi、Kishida Suguru、Tsukagoshi Mitsuru、Kawamura Yukihiro、Nakao Hironori、Tanida Hiroshi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 91 Issue: 6 Pages: 064704-064704
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.064704
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Visualization of the disordered structure of Fe-Ni Invar alloys by reverse monte carlo calculations (2022)
  • Author(s): Kubo Yusuke、Ishimatsu Naoki、Kitamura Naoto、Kawamura Naomi、Kakizawa Sho、Mizumaki Masaichiro、Nomura Ryuichi、Irifune Tetsuo、Sumiya Hitoshi
  • Journal Title: Frontiers in Materials Volume: 9 Pages: 954110-954110
  • DOI: 10.3389/fmats.2022.954110
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Competition between helimagnetic and ferroquadrupolar ordering in a monoaxial chiral magnet DyNi3Ga9 studied by resonant x-ray diffraction (2022)
  • Author(s): Mitsuru Tsukagoshi, Takeshi Matsumura, Shinji Michimura, Toshiya Inami, and Shigeo Ohara
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 105 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.014428
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chirality-controlled enantiopure crystal growth of a transition metal monosilicide by a floating zone method (2022)
  • Author(s): Kousaka Yusuke、Iwasaki Satoshi、Sayo Taisei、Tanida Hiroshi、Matsumura Takeshi、Araki Shingo、Akimitsu Jun、Togawa Yoshihiko
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 61 Issue: 4 Pages: 045501-045501
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac4e2f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Elongation of Fe-Fe atomic pairs in the Invar alloy Fe65Ni35 (2021)
  • Author(s): Ishimatsu, N., Iwasaki, S., Kousa, M., Kato, S., Nakajima, N., Kitamura, N., Kawamura, N., Mizumaki, M., Kakizawa, S., Nomura, R., Irifune, T. and Sumiya, H.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 103 Issue: 22 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.103.l220102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impacts of pressure to the structural, electronic and magnetic properties of Dirac semimetal EuMnBi2 (2021)
  • Author(s): Resta A. Susilo, Wen Deng, Jiajia Feng, Aifeng Wang, Naomi Kawamura, Naoki Ishimatsu, Saori Kawaguchi, Mingzhi Yuan, He Li, Weijun Ren, Takeshi Nakagawa, Cedomir Petrovic, and Bin Chen
  • Journal Title: Phys. Rev. Research Volume: 3 Issue: 4
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.3.043028
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anomalous Hall effect in Cu doped Bi2Te3 topological insulator (2020)
  • Author(s): A. Singh, S. Kumar, M. Singh, P. Singh, R. Singh, V. K Gangwar, A. Lakhani, S. Patil, E. F. Schwier, T. Matsumura, K. Shimada, A. K. Ghosh, and S. Chatterjee
  • Journal Title: J. Phys.: Condens. Matter Volume: 32 Issue: 30 Pages: 305602-305602
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ab8521
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Isotropic Parallel Antiferromagnetism in the Magnetic-Field-Induced Charge-Ordered State of SmRu4P12 caused by p-f hybridization (2020)
  • Author(s): T. Matsumura, S. Michimura, T. Inami, C. H. Lee, M. Matsuda, H. Nakao, M. Mizumaki, N. Kawamura, M. Tsukagoshi, S. Tsutsui, H. Sugawara, K. Fushiya, T. D. Matsuda, R. Higashinaka, and Y. Aoki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Issue: 21 Pages: 214444-214444
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.214444
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strong variant selection observed in the α-ε martensitic transition of iron under quasihydrostatic compression along [111]α (2020)
  • Author(s): N. Ishimatsu, D. Miyashita, and S. I. Kawaguchi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Issue: 5
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.054106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An application of NPD to double-stage diamond anvil cells: XAS spectra of rhenium metal under high pressures above 300 GPa (2019)
  • Author(s): Kuramochi K.、Ishimatsu N.、Sakai T.、Kawamura N.、Irifune T.
  • Journal Title: High Pressure Research Volume: 40 Issue: 1 Pages: 119-129
  • DOI: 10.1080/08957959.2019.1702174
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 反転心を持たないEuIrGe3の磁場中での磁気構造 ー対称性と磁気ドメインー (2023)
  • Author(s): 倉内憲伸, 松村武, 塚越舜, 比嘉野乃花, 垣花将司, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会 2023年春季大会
• [Presentation] 反転心を持たない磁性体EuNiGe3のらせん磁気構造とその磁場変化 (2023)
  • Author(s): 松村武, 倉内憲伸, 塚越舜, 比嘉野乃花, 垣花将司, 辺土正人, 仲間隆男A, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会 2023年春季大会
• [Presentation] 時空間反転対称な反強磁性体CeMnSiの重い電子状態と磁気相図 (2023)
  • Author(s): 谷田博司, 松岡紘人, 川村幸裕, 比嘉野乃花, 松村武, 三本啓輔, 柳有起, 山田武見, 室裕司, 福原忠, 並木孝洋, 桑井智彦
  • Organizer: 日本物理学会 2023年春季大会
• [Presentation] キラル磁性体YbNi3Al9の結晶場状態の決定と物性の解析 (2023)
  • Author(s): 塚越舜, 岸田卓, 倉内憲伸, 伊藤大地, 久保光野, 松村武, 池田陽一, 中村翔太, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会 2023年春季大会
• [Presentation] 反転心を持たない磁性体EuIrGe3におけるサイクロイド型磁気構造 (2022)
  • Author(s): 松村武, 上田祥央, 塚越舜, 比嘉野々花, 中尾朗子, 金子耕士, 垣花将司, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [Presentation] YbNi3Ga9の圧力誘起磁気秩序の探索－高圧下共鳴X線回折実験－ (2022)
  • Author(s): 塚越舜, 倉内憲伸, 松村武, 石松直樹, 大原繁男, 田中良和
  • Organizer: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [Presentation] 圧力下比熱測定によるCeCoSiの磁気相転移の観測 (2022)
  • Author(s): 岸田卓, 松村武, 比嘉野乃花, 梅尾和則, 谷田博司
  • Organizer: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [Presentation] CeCoSiにおける圧力誘起構造相転移と価数不安定性の可能性 (2022)
  • Author(s): 川村幸裕, 池田翔, S. N. B. A. Dalan, 林純一, 武田圭生, 関根ちひろ, 松村武, 郷地順, 上床美也, 冨田崇弘, 高橋博樹, 谷田博司
  • Organizer: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [Presentation] 磁場中比熱によるCeTeの異常な磁気相転移の観測 (2022)
  • Author(s): 倉内憲伸, 松村武, 塚越舜, 比嘉野乃花, 落合明
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] 単結晶X線回折によるCeCoSiの低温秩序相での対称性の低下 (2022)
  • Author(s): 岸田卓, 塚越舜, 松村武, 比嘉野乃花, 川村幸裕, 中尾裕則, 谷田博司
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] 中性子非弾性散乱によるYbNi3Al9の結晶場状態の研究 (2022)
  • Author(s): 塚越舜, 松村武, 岸田卓, 伊藤大地, 池田陽一, 藤田全基, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] キラル磁性体YbNi3Al9 (H || c)におけるコニカル磁気構造 (2021)
  • Author(s): 松村武, 塚越舜, 上田祥央, 大原繁男, 田中良和
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 低温X線回折によるキラル磁性体DyNi3Ga9の格子歪みの観測 (2021)
  • Author(s): 塚越舜, 松村武, 中村翔太, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] CeCoSiの低温秩序相における構造対称性の低下 (2021)
  • Author(s): 川村幸裕, 岸田卓, 塚越舜, 谷田博司, 中尾裕則, 松村武
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 中性子および共鳴X線回折によるEuIrGe3の磁気構造の研究 (2021)
  • Author(s): 上田祥央, 松村武, 塚越舜, 比嘉野乃花, 中尾朗子, 金子耕士, 垣花将司, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 低温X線回折によるCeCoSiの格子異常の観測 (2021)
  • Author(s): 岸田卓, 塚越舜, 松村武, 川村幸裕, 中尾裕則, 比嘉野乃花, 谷田博司
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] CeCoSiの高圧低温下における粉末/単結晶X線回折 (2021)
  • Author(s): 池田翔, 上田諒大, 林純一, 武田圭生, 関根ちひろ, 谷田博司, 松村武, 冨田崇弘, 高橋博樹, 川村幸裕
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 圧力誘起インバー合金Fe55Ni45の圧力下EXAFSとXRDを用いたRMC法による合金構造解析 (2021)
  • Author(s): 久保優介, 石松直樹, 北村尚斗, 河村直己, 水牧仁一朗, 野村龍一, 柿澤翔, 角谷均, 入舩徹男
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会
• [Presentation] 希土類-遷移金属化合物Gd2Fe17の水素誘起磁気構造の圧力変化：X線磁気円二色性による観測 (2021)
  • Author(s): 石松直樹, 金森奨, 石本賢太郎, 河村直己, 河口沙織, 榊浩司, 中村優美子, 中野智志
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会
• [Presentation] 共鳴X線回折によるDyNi3Ga9の反強磁性フロップの観測 (2021)
  • Author(s): 塚越舜, 松村武, 道村真司, 稲見俊哉, 道村真司, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] SmRu4P12磁場誘起電荷秩序相における長短型反強磁性と格子変調 (2021)
  • Author(s): 松村武, 道村真司, 稲見俊哉, 李哲虎, 松田雅昌, 中尾裕則, 水牧仁一朗, 河村直己, 筒井智嗣, 塚越舜, 菅原仁, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] TmTe, YbTeの圧力誘起半導体金属転移と赤外スペクトル (2021)
  • Author(s): 岡村英一, 丸岳克典, 松村武, 池本夕佳，森脇太郎
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] Fe-Niインバー合金の圧力下EXAFSとXRDを用いたRMC法による合金構造解析 (2021)
  • Author(s): 石松直樹, 岩崎駿, 甲佐美宇, 加藤盛也, 中島伸夫, 北村尚斗, 河村直己, 水牧仁一朗, 野村龍一, 柿澤翔, 角谷均, 入舩徹男
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Book] "Competing Order Parameers in Rare-Earth Hexa- and Tetraborides" in Rare Earth Borides (2021)
  • Author(s): T. Matsumura (ed. D. S. Inosov)
  • Total Pages: 42
  • Publisher: Jenny Stanford Publishing
  • ISBN: 9789814877565
• [Remarks] T. Matsumura's Web Page
  • URL: https://home.hiroshima-u.ac.jp/tmatsu/Matsumura/Home.html
• [Remarks] T. Matsumura's Web page
  • URL: https://home.hiroshima-u.ac.jp/tmatsu/Matsumura/Home.html