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Microscopic investigation of crystal structures at 100 Tesla using novel quantum beams

Research Project

Project/Area Number 23K25818
Project/Area Number (Other) 23H01121 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

池田 暁彦  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (90707663)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Keywordsポータブル100テスラ / X線自由電子レーザー / シングルショット粉末X線回折 / 磁場誘起構造相転移 / コバルト酸化物 / スピン状態転移 / 超強磁場 / X線回折
Outline of Research at the Start

マクロ物性の非自明な外場応答に対してミクロな理解を与えることは凝縮系物理の中心的課題である。近年、100 テスラ超強磁場中で発見された巨大格子変形の起源として構造相転移の可能性が議論されている。本研究では研究代表者が開発した 100 テスラ中 X 線プローブ法を駆使し、100テスラ新結晶の結晶構造を解明する。本研究により、結晶の構造安定性におけるスピン格子結合の役割が解明され、超強磁場におけるミクロプローブという物性実験の未踏領域が開拓される。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は100テスラ環境における物質の構造をミクロに解明するものである。このために世界で初めてのポータブル100テスラ装置PINK-02を稼働し、SACLAにおけるX線自由電子レーザー実験する。この技術を利用して100テスラにおいて超強磁場相を発現するコバルト酸化物LaCoO3(α相、β相)、固体酸素(θ相)の結晶構造を解明することが目的である。

初年度はPINK-02を完成させ、100テスラ発生、および100テスラ磁場中でのX線自由電子レーザー実験を立ち上げることが目標であった。実際にPINK-02を9月にSACLAに納入し、120テスラの発生を確認した。さらに1月には100テスラかつ低温10ケルビンにおけるLaCoO3のパウダー回折実験に成功した。これにより、本研究計画の基盤たる技術が達成された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

実際にPINK-02による120テスラの発生は、ポータブル機として世界最高磁場を更新した。なおそれまでの最高記録はPINK-01による78テスラであった。さらに100テスラかつ低温10ケルビンにおけるLaCoO3のパウダー回折実験に成功した。これにより、ポータブル100テスラ装置が実現可能であるだけでなく、実際に物性実験に適用できることまで示された。これは世界に誇る先端的な実験技術である。本研究の今後の発展が非常に期待できる。

Strategy for Future Research Activity

今後は100テスラおよび、低温におけるX線構造解析を、LaCoO3に対して推進する。これにより磁場によって誘起されるスピン状態秩序相の起源をミクロに解明する。また、固体酸素のθ相に対しても同様の実験を行うことで、θ相の結晶構造を解明する。これにより、ファンデルワールス結晶の構造安定性におけるスピンの役割を解明する。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Unveiling new quantum phases in the Shastry-Sutherland compound SrCu2(BO3)2 up to the saturation magnetic field2023

    • Author(s)
      Nomura T., Corboz P., Miyata A., Zherlitsyn S., Ishii Y., Kohama Y., Matsuda Y. H., Ikeda A., Zhong C., Kageyama H., Mila F.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41467-023-39502-5

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Magnetic field induced valence change in Eu(Co1-xNix)2P2 up to 60 T2023

    • Author(s)
      Nakamura Raito、Ishita Azumi、Nakamura Jin、Ohta Hiroto、Haraguchi Yuya、Katori Hiroko Aruga、Ishikawa Hajime、Matsuo Akira、Kindo Koichi、Nohara Minoru、Ikeda Akihiko
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Issue: 23 Pages: 235110-235110

    • DOI

      10.1103/physrevb.107.235110

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Signature of spin-triplet exciton condensations in LaCoO3 at ultrahigh magnetic fields up to 600 T2023

    • Author(s)
      Ikeda Akihiko、Matsuda Yasuhiro H.、Sato Keisuke、Ishii Yuto、Sawabe Hironobu、Nakamura Daisuke、Takeyama Shojiro、Nasu Joji
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 1744-1744

    • DOI

      10.1038/s41467-023-37125-4

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Signatures of a magnetic superstructure phase induced by ultrahigh magnetic fields in a breathing pyrochlore antiferromagnet2023

    • Author(s)
      Gen Masaki, Ikeda Akihiko, Aoyama Kazushi, Jeschke Harald O., Ishii Yuto, Ishikawa Hajime, Yajima Takeshi, Okamoto Yoshihiko, Zhou Xuguang, Nakamura Daisuke, Takeyama Shojiro, Kindo Koichi, Matsuda Yasuhiro H., Kohama Yoshimitsu
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 120 Issue: 33

    • DOI

      10.1073/pnas.2302756120

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Gradual Charge Order Melting in Bi0.5Ca0.5MnO3 induced by ultrahigh magnetic field2023

    • Author(s)
      Ishii Yuto、Ikeda Akihiko、Tokunaga Masashi、Kindo Koichi、Matsuo Akira、Matsuda Yasuhiro H.
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 92 Issue: 7 Pages: 074702-074702

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.074702

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Breathing pyrochlore magnet CuGaCr4S8: Magnetic, thermodynamic, and dielectric properties2023

    • Author(s)
      M. Gen, H. Ishikawa, A. Miyake, T. Yajima, H. O. Jeschke, H. Sagayama, A. Ikeda, Y. H. Matsuda, K. Kindo, M. Tokunaga, Y. Kohama, T. Kurumaji, Y. Tokunaga, T. Arima
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 7 Issue: 10 Pages: 104404-104404

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.7.104404

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Using mini-coil and mini-bank in plasma experiments, and the possibility of 100 T plasma experiment2024

    • Author(s)
      A. Ikeda
    • Organizer
      Matter in Extreme Conditions for Magnetized PLAsmas
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 1000 テスラひずみ計測法の開発による LaCoO3の新規電子相の発見2024

    • Author(s)
      A. Ikeda
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Road to XFEL experiments on condensed matters at above 100 Tesla2024

    • Author(s)
      A. Ikeda
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Magnetic field-induced melting of charge-ordered phase in Bi<sub>0.5</sub>Ca<sub>0.5</sub>MnO<sub>3</sub>: Re-analysis of XRD results at 77 T2023

    • Author(s)
      A. Ikeda, Y. Ishii, X. Zhou, S. Peng, Y. H. Matsuda, T. Yajima, Y. Kubota, I. Inoue, Y. Inubushi, K. Tono, M. Yabashi
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Road to X-ray science at 100 T2023

    • Author(s)
      A. Ikeda
    • Organizer
      MagX: Frontiers of Synchrotron and XFEL Research at High Magnetic Fields
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] FBG magnetostriction studies up to 1000 T2023

    • Author(s)
      池田暁彦
    • Organizer
      強磁場科学研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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