Project/Area Number |
20H04463
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
Principal Investigator |
渡邊 功雄 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (40260195)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
妹尾 仁嗣 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (30415054)
足立 匡 上智大学, 理工学部, 教授 (40333843)
松浦 弘泰 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40596607)
石井 康之 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (90391854)
檜原 太一 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (00814360)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
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Keywords | ミュオン位置 / 第一原理計算 / 超微細相互作用 / ミュオン位置計算 |
Outline of Research at the Start |
本研究では、物質の電子状態を原子レベルで調べる磁気センターである素粒子ミュオンの活用法の拡大を図る。第一原理計算とミュオンを用いた実験的測定法を融合させ、ミュオン位置同定のためのパッケージ化した研究手法を確立させる。この解析法を強相関電子系物質へ応用し、希薄な磁気不純物としてミュオンが引き起こす結晶格子の局所的歪み、電子軌道やスピン密度の空間的広がり、さらにはミュオン自身の持つ量子効果をを解明する。これら一連の新しい手法により、これまで明らかにすることが困難であった物質中のミュオン位置と、その周囲のける電子状態を原子レベルという微視的観点から解明する。
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Outline of Annual Research Achievements |
<<ミュオン位置計算手法の開発>> La系銅酸化物高温超伝導体において過去に得られている高統計μSRの結果を参照し、凡密度関数を用いた第一原理計算を進めた。いくつかの電子相関関数を用いて計算結果と実験結果を照合することにより、La系銅酸化物高温超伝導体に対して適切な電子相関関数を判断することに成功した。また、計算模型の大きさを調整することにより、μSR実験結果の再現に成功した。この成果はPhys. Rev. Research誌に掲載され、今後のミュオン位置同定の指針として世界へ公表された。 <<有機伝導体の電子状態>>同様に過去に得られている実験結果を、計算的手法により再現することを試みた。銅酸化物高温超伝導体の場合とは異なった電子相関関数と計算模型を用いることにより、局所的に存在している電子スピンが、結晶内に広がるπ結合を行う電子雲に沿って広がる様子が世界で初めて再現された。今後、成果を取りまとめることによって世界に我々のミュオン位置計算の手法を公表していく。 <<パイロクロア磁性体>>コロナ禍においてミュオン実験を実施することが困難な状態にあり、μSR実験データの取得が予定より遅延している。データが不足しているために計算研究も大きく進めることができなかった。コロナ禍の行動制限が緩和されるにともない、μSR実験を令5年度に再開させることができるようになった。実験実施に平行して簡単な計算模型で事前のミュオン位置計算を行う段階に至った。 <<銅酸化物のストライプ>>La系銅酸化物高温超伝導体の研究成果の成功に伴い、ストライプ状態へのミュオン位置計算の手法の応用が可能になった。パイロクロア酸化物への研究と同様に令5年度にμSR実験とミュオン位置計算を進めていく段階となった。 コロナ禍においても本予算支援で20報を超える論文を公表した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍に影響による分担者や共同研究者の研究機関への出入り制限や出勤制限による試料合成計画の遅延と、μSR実験実場所への渡航制限や移動制限により実験そのものの実施が困難になってしまった。これにより、ミュオン位置計算に必要なμSRのデータ取得が遅れたことにより、計算研究の指針が立たずに研究進捗の遅延を引き起こした。コロナ禍により行動制限が緩和された後には、μSR実験を実施する加速器の運転再開が長引き、遅延しながらも予定していたμSR実験が再度延期になるなど、研究の本幹を担う実験データの取得が遅れた。これらコロナ禍にかかる一連の外部遅延要素により研究の進捗が当初計画通りに進ませることが困難であった。
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Strategy for Future Research Activity |
コロナ禍における行動制限がほぼ緩和され、各研究機関における研究活動が正常に戻りつつあるため、各分担者および研究協力者とともに行動制限下では実行が困難であったパイロクロア型酸化物の合成とμSR実験の再開を急ぐ。パイロクロア型酸化物の合成に関しては足立の研究室の電気炉を占有的に利用させてもらうことによりより効率的に合成を進めていく。合成された試料は結晶構造解析・磁気測定などの評価を行い、μSR実験に備える。μSR実験は利用予定である英国のISIS加速器施設の運転再開を待ち、令5年度後半での測定を計画する。これに伴い、結晶構造解析から得られたデータをもとにミュオン位置にっかる第一原理計算を進める。また、有機伝導体に関しては妹尾らのグループと協力して計算結果のとりまとめを急ぐ。銅酸化物高温超伝導体においては、松尾らのグループと連携をより密にとることによってストライプ状態中でのミュオン位置の第一原理計算を進めていく。 コロナ禍において実施できなかった対面形式による継続的な研究打ち合わせによる研究情報共有と研究内容の検討を再開させる。コロナ禍下における各自の研究の進捗状態と現状を相互理解理解し、全体の研究計画の効率化とスピードアップを図る。また、年度後半には全体のとりまとめ会議を開催し、研究成果の論文化を目指した議論を行う。
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