| Project/Area Number |
23K20824
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| Project/Area Number (Other) |
21H01031 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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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 | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
服部 一匡 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (30456199)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石飛 尊之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 博士研究員 (50982831)
柳 有起 富山県立大学, 工学部, 准教授 (70634343)
楠瀬 博明 明治大学, 理工学部, 専任教授 (00292201)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | 四極子 / カイラリティ / 強相関系 / 多重q秩序 / 四極子秩序 / 交差応答 / トリプルq秩序 / 異常ホール効果 / 非線形応答 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，電子の異方的な電荷の自由度である四極子についての研究を(過去3年および)今後の2年間にわたって行う．この四極子という固体中の電子に特有の自由度は，様々な物質の低温物性に重要な役割を果たしていることが最近になって明らかになりつつある．特に，近年注目を集めている電気トロイダル四極子秩序，四極子が関連する超伝導や多重q秩序，四極子近藤格子模型の解析を集中的に行い，四極子が物質にもたらす新しい側面と未知の物性について明らかにすることが目標である．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2024年度の主な研究実績として以下の研究が挙げられる．
(1)正方晶金属間化合物CeCoSiは未知の非磁性秩序を示す．本研究では，CeCoSiに対する第一原理計算を実行し，得られた電子構造に則した有効 Wannier模型を構築した．また，この Wannier模型に基づき，摂動論を用いてRKKY相互作用を評価し，乱雑位相近似の範囲で多極子感受率を計算した.その結果，全対称表現に属する秩序べクトルq = 0の反強的な感受率の成分が最も増強されることを示した. また，実験グループとの共同研究として，CeCoSiの温度磁場相図をマクロ物性測定によって作成した．実験結果とランダウ理論の解析から，[100]磁場下でのみ生じる磁場誘起相は無限小磁場から生じていると考えれることがわかった．
(2)多極子展開をベースとした表現論に基づく局所対称性の解析法を提案し，その秩序相が40年来にわたって未知であることで有名なURu2Si2に対して適用した．この方法では，ある秩序波数のあらゆる秩序変数を考慮することが可能であり，磁場や一軸歪みを様々な方向に印加するなど，状況が複雑になっても解析が負担にならないという著しい利点を示した．
(3)軌道自由度における非整合波数トリプルq秩序について，その特徴的な機構を提案しミニマルな軌道模型についての数値シミュレーションを行った．模型の相図を明らかにし，種々のトリプルq秩序状態の統計力学的性質を明らかにし，非整合波数トリプルq秩序相の臨界的振る舞いや秩序波数の温度変化に起因したdislocationなどについて解析を行った．
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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
上記の「研究実績の概要」に記載した主要な実績に加え，いくつかの共同研究についても進展があったため，最終年度に向けて概ね順調に進んでいると思われる．
(1)石飛・服部はURhSnについてのカイラルな四極子秩序を一般化した，結晶のカイラリティによらない電子カイラリティ由来のカイラル結晶，という概念を提案した論文をすでに投稿している．
(2)服部は東京都立大学所属の大学院生とともにPr系化合物における軌道秩序の磁場温度相図の解析結果や，上記URhSnを念頭においた電流誘起磁化の秩序変数揺らぎの効果についての数値シミュレーション解析についても論文を投稿中である．
(3)石飛は磁気八極子秩序下で，磁場に対する磁化の応答が磁場方向に対して非相反になること，特に，共線磁気秩序による八極子磁性体では，ダイオード型の強い非相反性を示すことを指摘した．
(4)柳はCeMnSiにおける特異な秩序状態の実験グループとの共同研究を行い，単結晶試料を用いた磁化測定の結果，a軸方向に磁場を印加したときのみ，1T程度で磁場誘起相転移が実現することを見出した.また，LaRu2Al10単結晶資料の磁化率測定から反磁性と量子振動を観測した．第一原理計算によって得られた電子構造に基づき，これらの実験結果が小さいFermi 面やDirac点に起因する可能性について議論した.
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である2025年度にむけて，現在進行形の課題の進捗状況を述べるとともに，実験グループとの共同研究や研究会についての予定を記載する．
(1) 石飛による2024年度の研究として，多極子展開をベースとした表現論に基づく局所対称性の解析法を提案している．この方法では，ある秩序波数のあらゆる秩序変数を考慮したり，磁場や一軸歪みを様々な方向に印加するなど，状況が複雑になっても解析が負担にならないこともあり，未知の秩序に対する解析の指針を与えることから早急に論文発表を目指す．
(2) 電流演算子を含む相関関数／輸送係数の計算には，保存則から生じる関係式を適切に考慮する必要があるが，これまでの理論解析では注意深く扱われていないことが多い．四極子自由度のような非磁性多極子の秩序する系における，電流誘起磁化に代表される電流を含んだ応答関数の計算について，2024年度末に進展があった．2025年度にはこの内容について踏み込んで解析を行う予定である．
(3)2024年度の実績にも表れているが，注力しているテーマとして当初計画にはなかった物質であるCeCoSiの軌道秩序の問題が挙げられる．この物質と関連物質については，柳の所属する富山県立大学の実験グループが精力的に研究を行っており，共同研究で多くの成果が生まれつつある．2025年度6月初旬には共同で研究会を開催する予定であり，実験結果の集約や理論的アイデアの討論などについて活発に行い，さらに研究を進めていく予定である．
これらとともに，現在投稿中の論文について，本プロジェクトが終わる2025年度末頃までに論文出版できるように努める．
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