| Project/Area Number |
22H00102
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大串 研也 東北大学, 理学研究科, 教授 (30455331)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 憲彰 東北大学, 理学研究科, 教授 (30292311)
青山 拓也 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (80757261)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥43,810,000 (Direct Cost: ¥33,700,000、Indirect Cost: ¥10,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2022: ¥28,600,000 (Direct Cost: ¥22,000,000、Indirect Cost: ¥6,600,000)
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| Keywords | 強相関電子系 / 金属絶縁体転移 / 磁気多極子秩序 / 物質開発 / 磁気多極子 / 遷移金属化合物 |
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| Outline of Research at the Start |
電子相関効果の強い極限で見出されたキタエフスピン液体と磁気多極子秩序を、電子相関効果の弱い領域に拡張する戦略に基づいて、スピン軌道相互作用に起因する新奇な量子物性を開拓する。具体的には、申請者が発見したキタエフスピン液体のバンド幅制御系を対象に、金属絶縁体転移近傍で形成される準粒子の性質を調べるとともに、超高圧・極低温環境において超伝導を探索する。また、電気伝導性を伴う磁気多極子秩序系を対象に、磁気多極子ドメインの実空間イメージング・複合外場によるドメイン制御・新奇量子伝導の観測を行う。こうした一連の研究を通して、スピン軌道相互作用の大きな強相関電子系の基礎学理を構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々が発見した新しい蜂の巣格子化合物RuX3 (X=Br, I)に対して、高圧下の結晶構造と電子物性を調べた。ダイアモンドアンビル型高圧発生装置を用いることで、20 GPaまでの粉末X線回折測定と電気抵抗率測定を行った。その結果、RuBr3の温度圧力相図には、(1) 絶縁体的な電気特性を示す理想的なハニカム相（0 < P < 4 GPa ）、(2)より絶縁体的な電気特性を示すジグザグ鎖が形成された相（4 < P < 10 GPa）、(3) 比較的電気抵抗が小さいアモルファス相（10 < P < 18 GPa）が存在することが分かった。一方で、 RuI3 の温度圧力相図には、(1) 半金属的な電気特性を示す理想的なハニカム相（0 < P < 7 GPa）、(2) 半金属的な電気特性を示すジグザグ鎖が形成された相（7 < P < 14 GPa）、(3）温度に依存しない電気抵抗を示すダイマー相（14 < P < 30 GPa）が存在することが分かった。これらの結果から、キタエフスピン液体候補物質RuCl3で見られた圧力誘起構造相転移は、周辺物質でも普遍的にみられることが分かった。
我々が開発したSQUIDに導入可能な対向アンビル型高圧発生装置を駆使して、交代磁性体候補物質MnTeにおけるピエゾ磁気効果を調べた。応力に対して線形に発達する磁化を観測し、ピエゾ磁気効果テンソルの大きさを正確に評価することに成功した。磁気八極子に起因するピエゾ磁気効果テンソルはQ = 1.38×10－8 μB/Mn/MPa であり、これはMnF2で観測された値と同等である。また、応力磁場冷却の条件を変えてピエゾ磁気効果の大きさを評価することで、ピエゾ磁気効果により反強磁性体におけるドメイン構造を制御できることを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では、スピン軌道相互作用の卓越した強相関電子物質において、新奇な電子状態を探索するとともに革新的な物性を開拓するものである。令和五年度は、蜂の巣格子化合物RuX3 (X=Br, I)3の圧力効果に関して着実な進展があった。当初期待していた圧力誘起超伝導の発見には至らなかったものの、圧力下で多彩な結晶構造・電子状態が実現することが分かった。また、磁気多極子秩序系についても重要な成果が挙がった。MnTeにおけるピエゾ磁気効果は、磁気八極子秩序に起因する新規物性として興味深いだけでなく、交代磁性体における反強磁性ドメインを制御する可能性を提示したものとして意義がある。交代磁性体におけるスピン分裂をスピン分解ARPESにより調べることは喫緊の課題であるが、こうした実験のための基盤を築いたものと位置付けることができる。さらに、オリビン型化合物Co2SiO4やパイロクロア型酸化物Cd2Os2O7におけるピエゾ磁気効果の研究もスタートさせることができた。以上のように、当初の計画に沿って、研究活動は順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでのキタエフスピン液体候補物質RuX3 (X=Br, I)のバンド幅制御に関する成果を礎に、フィリング制御による物性開拓を行う。具体的には、ソフト化学法によるアルカリ金属インターカレーションおよびアニオンの元素置換によりフィリング制御を行う。得られた物質に対して、電気抵抗率・磁化率・比熱などを測定し、金属絶縁体転移近傍に現れる新規物性を開拓する。磁気多極子秩序系に関しては、前年度、着手したオリビン型化合物Co2SiO4やパイロクロア型酸化物Cd2Os2O7におけるピエゾ磁気効果の研究を深化させる。一軸応力印加状態における磁化測定および磁場印可状態における歪測定を行うことで、ピエゾ磁気効果テンソルの大きさを正確に評価する。磁気円二色性を用いた磁気ドメインのイメージングにも挑む。
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