Detection of odd-parity augmented multipoles by means of ultrasound under combined external fields
| Project/Area Number |
22K03501
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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 | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
柳澤 達也 北海道大学, 理学研究院, 教授 (10456353)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 拡張多極子 / アシンメトリ量子 / 強磁場 / 超音波 / 多極子 / 交差相関 / 奇パリティ / 四極子 / 交差相関現象 / スピン軌道相互作用 / 隠れた秩序 |
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| Outline of Research at the Start |
空間反転対称性が破れた系において活性となる、「奇パリティ拡張多極子」の秩序が近年理論提案されており、その実験的証拠を積み重ねることが喫緊の課題である。本研究は金属化合物中の局所的な電気応答を捉えることに長ける超音波測定の特徴を活かし、磁気測定とは異なる観点から、奇パリティ多極子が活性であると考えられる以下の候補物質において電流・磁場などの軸性の外場を用いた交差相関現象の観測を試み，未解明の秩序変数の対称性を議論する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
空間反転対称性が破れたアシンメトリ量子物質において活性となる奇パリティ拡張多極子の秩序の実験的検証を目指して以下の実験を行なった。
初年度に引き続きURhSnの超音波測定を進め、H ≦ 17 T、1.5 K ≦ T ≦ 350 Kまで温度・磁場領域を拡げて温度-磁場相図を作成した。高温側の秩序相内で発見した超音波分散（に伴う超音波吸収係数の増大）が、H || [0001]方向、17 Tの外部磁場に対しても鈍感であることを明らかにした。この結果は超音波分散の起源が、Uサイトの電気四極子秩序により生じた非調和ポテンシャルによるRhの準安定状態間の局所振動であるとするシナリオを強く示唆する。また、圧電素子の接着剤を変えて高温測定を行うことにより。常磁性相で弾性定数C_44に現れるキュリー型のソフト化の始点（極大）が200 K付近であり、その変化量が磁場に依らないことを確認した。この結果はソフト化の起源が結晶場よりもむしろ遍歴バンドに由来することを示唆する。
正確な磁場アライメントや、磁場回転効果による交差相関応答を探索するために開発を行っていた二軸ゴニオ回転機構を搭載した超音波測定用プローブの導入と予備測定を完了した。2 K、14 TにおけるPrIr_2Zn_20を用いた超音波測定の磁場回転測定に成功し、順調に作動することを確認している。
新規アシンメトリ量子物質として、京都大学の堀氏との共同研究によりYbCuS_4の多結晶試料、同じく京都大学の村山氏、陰山氏との共同研究によりLiReO_3多結晶試料の超音波測定を行い、縦波弾性定数の測定に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ドレスデン強磁場研究所におけるCdRe_2O_7の追加実験は、他のプロジェクトの実験（アクチノイド化合物）の測定が困難を極め、核燃試料であるそちらの実験完遂を優先したため、マシンタイムの余剰が生まれず実施できなかった。一方、東京大学物性研究所の強磁場施設でのパルス強磁場実験に急遽申請し、日本国内でも60 Tまでのパルス強磁場実験を実施できる共同研究体制を構築した。今後は日欧双方の強磁場施設を活用し、実施できなかったパルス強磁場実験を完遂したい。
URhSnは従来型の超音波測定で得られる物理が想定よりも豊穣であったため、基礎物性測定に注力した。その時間を要したため、未だ電流下測定や非相反効果の検証に至っていない。本年度立ち上げたPPMS用2軸ゴニオプローブを用いて、当初予定していた磁場中回転効果と共に今後推し進める予定である。
URu_2Si_2の電流下超音波測定を行なった。最近理論提案された、電気トロイダル単極子秩序では、ｃ軸方向の電流印加によってc面内回転ω_zの誘起が期待される。実験結果は電流印加においても測定精度内で弾性定数C_66に変化は観測されず、ドメインにより交差相関応答が相殺されている可能性が残る。今後は1軸圧を印加して再挑戦する予定である。
一方、新たな共同研究の芽として当初の研究計画にはないアシンメトリ量子物質(YbCuS_4, LiReO_3）の測定を開始した。多結晶試料ではあるが超音波測定に成功し、興味深い結果が得られているため今後の研究の進展に期待が持てる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年まで続けていた二軸ゴニオ回転機構の装置開発の技術とノウハウを、本年度採択された学術変革領域研究（A）の研究費で導入したPPMS用二軸ゴニオプローブの立ち上げ時に上手く転用することができた。その結果、装置の立ち上げを無事完了した。テスト測定の結果、インピーダンス整合された同軸線を内臓した状態で2-340 K, 0-14 Tで自在に磁場回転を行いながらを超音波測定ができるようになった。これにより今後の研究が大きく推進すると考える。先ずは典型物質のCeB_6を用いてテスト実験を行い装置のキャリブレーションと最適化を行った後に、上記のアシンメトリ量子物質に適用する。テスト実験に用いるCeB_6は、反強四極子秩序相の弱磁場領域に、Multi-qの複雑な多極子秩序相が存在することが近年NQR実験から指摘されている。その弱磁場領域の弾性応答の磁場方向異方性を明らかにし、それらを検証する。
また、北海道大学の先端物性共用ユニット(APPOU）がPPMSの2台体制(14T/9T)となった。これにより、マシンタイムに余剰時間が生まれるため、これまでにも増して超音波測定を実施できる。
特に薄膜状試料で測定が困難であったCeCoSiは磁気相図の異方性と各秩序相の結晶対称性について未だコンセンサスが得られておらず、超音波測定による磁気相図の構築が急務である。PPMSに内臓できる二軸ゴニオ回転プローブを用いて、H || [100], [110]方向の隠れた秩序相（II相）の磁気異方性を明らかにする。
UNi_4B、URu_2Si_2、UBe_13等における交差相関現象の探索も引き続き行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(36 results)
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[Presentation] Ultrasonic study of the heavy-fermion superconductor U1-xThxBe13 under high magnetic fields2023
Author(s)
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Organizer
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日比野瑠央, 柳澤達也, 三上義人, 日髙宏之, 網塚浩, Sergei Zherlitsyn, Joachim Wosnitza, 宮田敦彦, 山根悠, 川上裕大, 鬼丸孝博
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[Presentation] Change in the Ground State of Y1-xPrxIr2Zn20 due to a Quadrupolar Kondo Effect with Pr Concentration x2022
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R. Hibino, T. Yanagisawa, Y. Mikami, H. Hidaka, H. Amitsuka, S. Zherlitsyn, J. Wosnitza,Y. Yamane, and T. Onimaru
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