| Project/Area Number |
23K22448
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| Project/Area Number (Other) |
22H01177 (2022-2023)
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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 (2022-2023) |
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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 | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
藤岡 淳 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (80609488)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻本 吉廣 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (50584075)
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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 |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
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| Keywords | トポロジカル半金属 / 強相関電子系 / 異常ホール効果 |
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| Outline of Research at the Start |
強相関ディラック電子系の物質開発を行い、電子間の相互作用に由来する電荷・スピン量子現象を開拓することで従来のトポロジカル電子系の延長線上にはない新現象を見出す事を目的とする。常圧下では合成が難しい5d遷移金属酸化物や層状遷移金属化合物を超高圧合成によって作製し、トポロジカル半金属状態を示す物質を探索する。特にディラック電子の密度波による電磁気応答やワイル電子とスピンカイラリティとの絡み合いによって生じる磁気輸送現象の開拓を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
d電子系のトポロジカル半金属の探索の観点からNaPt3O4型のCaPd3O4の電荷輸送特性評価を行った。本系では理論計算によってPd4dを主成分とするバンドが立方晶の対称性によって保障されたディラックノードがフェルミエネルギー近傍に生じる可能性が予測されている。この可能性を実験的に評価するためにまず高品質の多結晶を超高圧合成法に依って合成し、電荷輸送特性を調べた。結晶性としては良い試料が得られたものの電気抵抗率は低温で増大し半導体的な温度依存性を示した。また電子移動度も室温で10cm2/Vs以下の非常に低い値を取る事が明らかとなった。電子状態を光学測定によってを調べたところ0.1eV程度の光学ギャップが見られ、本系は狭ギャップ半導体である可能性が高い事を明らかにした。狭ギャップ半導体ではキャリアドープをすることで優れた熱電特性が生じる場合がしばしば見られる。本系でもCaをLaで一部置換することで電子ドープしたCa1-xLaxPd3O4を合成し、熱電特性を評価した。その結果、x~0.03程度の組成では室温領域で出力因子が7μW/K2cm程度に到達することが明らかとなった。
また、悪魔の階段型の反強磁性磁気転移を示す層状磁性体Sr1-xBaxCo6O11の合成と磁気特性、磁気輸送特性の評価も行った。磁化測定の結果、温度・磁場相図を構築した。相図からBaドープと共に反強磁性相の領域が縮小し、強磁性相が安定化する様子が見られた。x=0.08では反強磁性相が消失し、ゼロ磁場でも強磁性相が生じることを明らかにした。また磁気転移温度以上の領域でスピン揺らぎによるものと思われる異常ホール効果が見られ、ドープ量と共に変化することを見出した。
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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
NaPt3O4型のCaPd3O4の試料合成が順調に進み、その電子物性測定も大きな問題なく進められた。実験結果は既報で予測されていたギャップレスのディラック半金属とは一致しない結果となったが熱輸送特性に優れた特徴が見られたため、当初予想していなかった方向性での研究が進展した。また並行して層状構造を持つ磁性トポロジカル系の電子物性評価も進展が見られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
層状反強磁性体Sr1-xAxCo6O11(A=Ba,Ca)について幅広い組成の合成を進める。磁気特性、電荷輸送特性の評価を進め、磁気状態とスピン揺らぎによる大きな異常ホール効果の関係を明らかにすることを目指す。
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