| 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Ru(Br1-xIx)3を舞台に、バンド幅制御型の金属絶縁体転移を探求した。電荷ギャップは配位子をBr→Iと変えるに従い系統的に小さくなり、x~0.88付近で金属的な伝導へと変化する。絶縁体側の組成では、二つの磁気秩序相の存在が示唆された。金属絶縁体転移が生じる際に、層間のI-I結合の形成を示唆するc軸長の伸びの抑制が観測された。電子比熱係数は、金属絶縁体転移の臨界領域で増大を示しており、臨界領域においてBrinkmann-Rice 機構により有効質量が増加していることが分かった。
磁気八極子秩序系に特徴的な現象としてのピエゾ磁気効果を探求した。ピエゾ磁気効果を簡便に評価するために、新たにSQUIDに導入可能な対向アンビル型高圧発生装置を開発した。この手法を、従来から知られているピエゾ磁気効果物質MnF2およびCoF2に適用した。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ができた。その研究過程で、CoF2においてゼロ応力下の弱強磁性を観測した。その起源が、Co^{2+}イオンの軌道縮退に起因するヤーンテラー不安定にあることが示唆された。さらに、オリビン型硫化物Fe2GeS4のピエゾ磁気効果を調べた。Fe2GeS4では、70-140 Kの温度領域においてCy型の磁気構造が実現するが、これはピエゾ磁気効果活性なmmmの磁気点群を有する。この磁気秩序相において、既存の物質群で最も大きなピエゾ磁気効果テンソルを観測した。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、ドメイン単一化が可能であることを実証した。
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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。令和四年度は、蜂の巣格子化合物Ru(Br1-xIx)3の金属絶縁体転移に関して着実な進捗があった。高圧合成法を駆使することで純良試料を得ることが可能となり、この試料に対する物性計測により、電子相図の全体像を明らかにすることができた。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。磁気四極子秩序系Ba1－xKxMn2As2における巨大な異方的磁気抵抗効果の観測は、遍歴電子系における電気磁気効果に起因した現象である可能性がある。これは、磁気多極子秩序系における新現象の開拓という意味で意義深い。さらに、オリビン型硫化物Fe2GeS4において、ピエゾ磁気効果を実証する成果が挙がった。ピエゾ磁気効果テンソルはQ= 6.6 ×10^{-2} emu/mol/MPaと見積もられ、これは既存の物質群で最も大きな値を誇るCoF2のピエゾ磁気効果テンソルに匹敵する。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 |
キタエフスピン液体のバンド幅制御系に関して、以下の研究を進める。前年度までの研究により、固溶体Ru(Br1-xIx)3の金属絶縁体転移近傍に新たな磁気秩序相が存在することが判明した。この磁気秩序相では、RuBr3でみられたジグザグ型反強磁性とは異なる磁気構造が実現している可能性が高い。そこで、磁気構造の詳細を探るために、JRR-3およびJ-PARCにおいて中性子散乱実験を行うことで磁気構造を同定する。
磁気多極子秩序系に関して、以下の研究を進める。オリビン型化合物Co2SiO4およびNiAs型化合物MnTeにおける磁気秩序相が、磁気八極子秩序相に対応することに着目し、ピエゾ磁気効果の研究を実施する。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評価する。また、これらの物質を対象に磁気八極子ドメインの可視化に挑む。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
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[Journal Article] Light-induced magnetization driven by interorbital charge motion in the spin-orbit assisted Mott insulator α-RuCl32022
Author(s)
T. Amano, Y. Kawakami, H. Itoh, K. Konno, Y. Hasegawa, T. Aoyama, Y. Imai, K. Ohgushi, Y. Takeuchi, Y. Wakabayashi, K. Goto, Y. Nakayama, H. Kishida, K. Yonemitsu and S. Iwai
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Journal Title
Physical Review Research
Volume: 4
Issue: 3
Pages: 1-6
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] New Kitaev spin liquid candidate ruthenium halides RuX3 (X = Br, I) with a honeycomb lattice2022
Author(s)
Yoshinori Imai, Hideyuki Fujihara, Fuki Sato, Wakana Yamada, Takuya Aoyama, Kazuhiro Nawa, Takumi Hiraoka, Ryotaro Takahashi, Daisuke Okuyama, Yasuhiro Shimizu, Takamasa Ohashi, Masato Hagihala, Shuki Torii, Hirotada Gotou, Masayuki Itoh, Taku J. Sato, and Kenya Ohgushi
Organizer
The 29th International Conference on Low Temperature Physics
Related Report
Int'l Joint Research
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