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融剤法における希土類キラル金属磁性体の不斉合成とその物性研究

Research Project

Project/Area Number 21K03467
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

大原 繁男  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60262953)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsカイラル結晶 / カイラル磁性 / 反強磁性カイラルらせん磁気秩序 / 不斉合成 / キラル磁性 / キラル結晶 / キラル反強磁性らせん秩序 / 融剤法 / キラル磁性体 / ハニカム磁性体 / 希土類金属間化合物
Outline of Research at the Start

結晶キラリティをもつ希土類金属磁性体を研究対象とし、第一に融剤法において左右性を制御した結晶合成手法を開発する。第二に反強磁性的に結合したキラルらせん磁性体の物性研究を行う。希土類金属間化合物におけるキラルらせん磁性体においては、スピン分裂したフェルミ面の自由電子を介して反対称な磁気相互作用が働くと考えられる。この研究は、反対称スピン軌道相互作用が伝導電子を介してどのように磁気相互作用に現れるか、その学理解明をめざすものである。

Outline of Annual Research Achievements

GdNi3Ga9の良質なカイラル結晶の合成に至り,円偏光共鳴X線回折により,その磁気構造を明らかとした.GdNi3Ga9の磁気構造は反強磁性磁気秩序を基本としながら,結晶カイラリティを反映して,長周期のカイラル螺旋磁性となっていることがわかった.これはこれまでにあまり報告のない例である.左右円偏光を用い,磁気構造も左右性を持つことも明確となった.また,NiをCoに元素置換することで,磁気秩序温度を抑制,磁気構造を制御できることがわかった.対称および反対称磁気相互作用のバランスが変化していると考えられることから,詳細な研究を進めて,その根本原理を解明したい.
SmNi3Ga9について,良質な結晶育成条件の探査を進め,課題となっていた磁化曲線の異常は磁性体及び超伝導体の不純物によることが判明した.超伝導体については微細な状態となったGaが疑われる.一連の同じ物質系の試料にも同様に不純物が含まれていることが予想されるが微量であり,磁気モーメントの小さいサマリウムの化合物においてのみ,測定に影響がでていたと考えられる.これにより,SmNi3Ga9はイジング型の反強磁性体であることを明確にした.SmNi3Ga9では磁化容易軸が結晶カイラリティの特徴的な軸と一致しており,反対称磁気相互作用がはたらかない状況にある.
本研究の推進により,無機カイラル結晶の左右性制御は,良質な単結晶合成条件の追求を通してのみ可能と考えられるようになった.左右性をもつ,すなわちエネンチオピュアな結晶を単結晶と表現することが必要である.現実には,多くの無機カイラル結晶の場合には,いくらか左右が混じることが不可避かもしれない.研究の推進を妨げている要因に,研究室系では非破壊で結晶中の左右の混在割合を観測する方法がないことがある.今後,伝導電子の輸送現象に伴うスピン偏極を利用するなど,測定方法の開発が望まれる.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

計画通りに2つのカイラル物質について測定に用いることができる水準の結晶合成に至り,物性評価を行った.目標に到達できたことから,おおむね順調と判断できる.ただし,参加を予定していた国際会議が中止となり,成果発表が翌年度に繰り越すこととなった.

Strategy for Future Research Activity

本研究のひとつのまとめとして,得られた知見をもとに,成果を国際会議で報告する.
今後は,元素置換試料の合成技術を高める.それにより,元素置換による物性制御をさらにすすめ,希土類金属間化合物のカイラル磁性体における磁気相互作用の根本理解にを進める.

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Discovery of antiferromagnetic chiral helical ordered state in trigonal GdNi3Ga92023

    • Author(s)
      Nakamura Shota、Matsumura Takeshi、Ohashi Kazuma、Suzuki Hiroto、Tsukagoshi Mitsuru、Kurauchi Kenshin、Nakao Hironori、Ohara Shigeo
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Issue: 10 Pages: 104422-104422

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.104422

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quadrupolar Domain Selection by Magnetic Field in DyNi3Ga92023

    • Author(s)
      Tsukagoshi Mitsuru、Matsumura Takeshi、Nakamura Shota、Ohara Shigeo
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 92 Issue: 11

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.115001

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal field excitation in the chiral helimagnet YbNi3Al92023

    • 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

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Competition between helimagnetic and ferroquadrupolar ordering in a monoaxial chiral magnet DyNi3Ga9 studied by resonant x-ray diffraction2022

    • 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

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Determination of Crystallographic Planes for a Polyhedral Single Crystal2021

    • Author(s)
      Akiko Nakao, Taketo Moyoshi, Kentaro Moriyama, Takeshi Matsumura, Kenshirou Iba, Shigeo Ohara, Yoshihisa Ishikawa, Koji Munakata, Takashi Ohhara, and Ryoji Kiyanagi
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 33 Pages: 011067-011067

    • DOI

      10.7566/jpscp.33.011067

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Thin film growth of heavy fermion chiral magnet YbNi3Al92021

    • Author(s)
      Shishido Hiroaki、Okumura Akira、Saimyoji Tatsuya、Nakamura Shota、Ohara Shigeo、Togawa Yoshihiko
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 118 Issue: 10 Pages: 102402-102402

    • DOI

      10.1063/5.0035385

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  • [Presentation] Systematic Study of Chiral Magnetism in Rare Earth Intermetallic Compounds Based on YbNi3Al92024

    • Author(s)
      S. Ohara, S. Nakamura, K. Kurauchi, M. Tsukagoshi, T. Matsumura
    • Organizer
      9th International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2024) & 2nd International Conference on Quantum Materials and Technologies (ICQMT2024)
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    • Int'l Joint Research / Invited
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      Shigeo Ohara
    • Organizer
      Topology, spin-orbit interactions and superconductivity in strongly correlated quantum materials under extreme conditions
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] キラル磁性体DyNi3Ga9のらせん磁気秩序と四極子秩序の競合2023

    • Author(s)
      塚越舜, 松村武, 中村翔太, 大原繁男
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      谷元優希美, 神森龍一, 杉本光昌, 佐藤仁, 有田将司, Shiv Kumar, 島田賢也, 中村翔太, 大原繁男
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      日本物理学会年次大会
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  • [Presentation] カイラル金属磁性体GdNi3Ga9の反強磁性らせん磁気秩序2023

    • Author(s)
      中村翔太, 松村武, 大橋一諒, 鈴木大斗, 塚越舜, 倉内憲伸, 中尾裕則, 大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
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      石井勲, 齋藤奨太, 磯部健太郎, 正路真, 砂崎栞奈, 中村翔太, 大原繁男, 鈴木孝至
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      日本物理学会年次大会
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      大橋一諒, 中村翔太, 大原繁男
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      塚越舜, 倉内憲伸, 松村武, 石松直樹, 大原繁男, 田中良和
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      大原繁男
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      大原繁男
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      中村翔太,大原繁男
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      日本物理学会秋季大会
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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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