Probing itinerant j=3/2 fermions with quantum oscillations
| Project/Area Number |
21K03448
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
野原 実 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (70272531)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅原 仁 神戸大学, 理学研究科, 教授 (60264587)
播磨 尚朝 神戸大学, 理学研究科, 教授 (50211496)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | J=3/2フェルミオン / フェルミ面 / スピン軌道相互作用 / 量子振動 / 軌道交差 / j=3/2フェルミオン |
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| Outline of Research at the Start |
電子はスピン角運動量s=1/2を持つフェルミ粒子である。結晶中で伝導する時も、電子はスピン角運動量s=1/2を保持する。ところが最近、相対論的効果が顕著に現れる重い金属元素を含む結晶中において、より高次の角運動量j=3/2を保持する電子の存在が予言された。本研究は、磁場に対する応答がs=1/2とj=3/2の状態で異なること、すなわち高磁場中で現れる量子振動の違いを実験的に観測することで、伝導するj=3/2フェルミ粒子の存在を実証することを目指している。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、伝導する j = 3/2 フェルミオンの特徴が、結晶空間反転対称性の破れに起因したフェルミ面のスピン分裂に現れることを、ドハース・ファンアルフェン効果（dHvA効果）およびシェブニコフ・ドハース効果（SdH効果）における「軌道交差」現象を用いて検証することを目的としている。最終年度においては、Biフラックス法によりLuPtBi単結晶を育成し、dHvA効果の測定に初めて成功した（菅原）。dHvA振動数が16~43Tの小さなフェルミ面が観測され、軽いサイクロトロン有効質量 m* = 0.05 ~ 0.09m0を有することが明らかになった。さらにdHvA振動の磁場角度依存性について、実験と第一原理計算（播磨）との比較を行い、フェルミ面の形状についての情報を得た。YPtBiやLuPtBiなどのハーフホイスラー化合物における量子振動の観測は、これまでSdH効果によるものに限られていた。本研究によりdHvA効果での量子振動の観測が可能となり、j = 3/2フェルミオンの特徴を新たな手段で捉える基礎が確立できた。関連する化合物の物質開発においては、結晶空間反転対称性が破れた正方晶LaPt(x)Si(2-x)における超伝導（転移温度 2 K）に加えて、六方晶LaPt0.5Si1.5における超伝導（転移温度 0.35 K）を発見した（野原）。それぞれ、空間反転対称性が破れた秩序ハイパーハニカムネットと、空間反転対称性を有するハニカムネットを有する。またスピン軌道結合が強い重元素Ptを含む。このため結晶空間反転対称性の有無と電子状態・超伝導の関係を研究するためのモデル化合物になる。第一原理計算においては、カイラル構造を有するNbGe2における反対称スピン軌道相互作用によって分裂したフェルミ面や、空間反転対称性が破れた新規超伝導体LaNiZnのバンド構造が明らかになった（播磨）。
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Report
(3 results)
Research Products
(22 results)
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[Journal Article] Coupling between Charge Density Wave Ordering and Magnetism in Ho2Ir3Si52023
Author(s)
Ramakrishnan Sitaram、Bao Jinke、Eisele Claudio、Patra Bikash、Nohara Minoru、Bag Biplab、Noohinejad Leila、Tolkiehn Martin、Paulmann Carsten、Schaller Achim M.、Rekis Toms、Kotla Surya Rohith、Schonleber Andreas、Thamizhavel Arumugam、Singh Bahadur、Ramakrishnan Srinivasan、van Smaalen Sander
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Journal Title
Chemistry of Materials
Volume: 35
Issue: 5
Pages: 1980-1990
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Enhanced Superconductivity in Close Proximity to Polar-Nonpolar Structural Phase Transition in Se/Te-Substituted PtBi22022
Author(s)
K. Takaki, M. Yamamoto, M. Nakajima, T. Takeuchi, H. Y. Nguyen, M. Nohara, Y. Kishioji, T. Fujii, K. Yoshino, S. Miyasaka, and K. Kudo
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 91
Issue: 3
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed
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