| Project/Area Number |
23K25829
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| Project/Area Number (Other) |
23H01132 (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 (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 | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
徳永 陽 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, リーダー (00354902)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芳賀 芳範 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, 研究主幹 (90354901)
川崎 郁斗 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 物質科学研究センター, 研究副主幹 (90552307)
角田 一樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究職 (20882369)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2026: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥12,870,000 (Direct Cost: ¥9,900,000、Indirect Cost: ¥2,970,000)
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| Keywords | 重い電子系 / トポロジカル物性 / 高純度単結晶 / NMR / 光電子分光 / トポロジカル量子相 / 複合自由度 / 電子構造 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では「重い電子の運動量空間のトポロジー」をキーワードに, 世界最高水準の高純度単結晶育成技術と, 最先端の光電子分光及びNMR実験技術, さらに第一原理計算も組み合わせながら, 新たなトポロジカル量子相の探索と電子構造の解明を行う. 重い電子系の持つ複合自由度を磁場や圧力, 元素置換によって制御することで物質の基底状態を変化させ, それによって重い電子で構成されるバンドのトポロジーがどのように変化し, さらにそれが巨視的な物性にどの様に反映されるかを明らかにする. 本研究ではより遍歴性の強い5f電子系へと研究の領域を拡げることで, トポロジカル量子物理の新領域を開拓する.
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では「重い電子の運動量空間のトポロジー」をキーワードに、世界最高水準の高純度単結晶育成技術と、最先端の光電子分光及びNMR実験技術を組み合わせながら、新たなトポロジカル量子相の探索と電子構造の解明を行なっている。令和6年度は、重い電子系のトポロジカル超伝導体UTe2において、超伝導の対称性を解明する研究を行った。UTe2はバルクとしてトポロジカル超伝導を研究できる貴重な物質として注目を集め、実験及び理論の両面から研究が進んでいる。本年度は特にNMR Knight shiftの実験により、スピン三重項超伝導状態を特徴付けるd-ベクトルが、磁場を印加することによって回転し、超伝導対称性が変化していく様子を捉えることができた。物質開発については、令和5年度にThRh6Ge4の単結晶育成に成功し、ドハース・ファンアルフェン振動の観測により、電子状態のトポロジーを明らかにしたが、今年度はその関連物質の探索を行った。GeをSiに置換することによりThRh6Si4の合成を試みたが、これは安定に存在しないことがわかった。ただし、仕込み組成1:6:4の近傍に、ThRh6Ge4と類似の局所構造を保ったまま、変調構造を持つ新物質が存在することを発見した。今後、電子状態と結晶構造の関連について研究を進める。さらに本年度はCeCu6に対する光電子分光実験を実施した。Ce 4f軌道成分を反映する3d-4f共鳴条件でCeCu6光電子スペクトルを測定したところ、1.5 eV近傍に強い強度を持つf0成分が明瞭に観測された。この結果は、f0成分がピークとして観測されなかったCeRu2Ge2のスペクトルとは大きく異なり、磁気秩序の有無がスペクトルに大きな影響を与えている可能性を支持する結果であるといえる。
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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
本年度は、バルクとして重い電子系のトポロジカル超伝導を調べることができるUTe2を中心に研究が進展した。新規物質の探索や、光電子分光実験も順調に進んでおり、いくつかの成果について原著論文を発表した。また、一連の研究が評価され、国内及び国際会議において招待講演も複数回行った。以上のことから、研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き（1）物質探索及び純良単結晶育成（芳賀）と（2）NMR（徳永）及び光電子分光（川崎）測定を両輪として研究を推進する。トポロジカル超伝導体として注目される重い電子系超伝導体UTe2については、超純良単結晶を用いたNMR測定により、超伝導対称性と発現機構の解明を引き続き進める。また、希土類セリウムモノプニクタイドCeX（X：P、As、Sb、Bi）物質群では、研究分担者である芳賀がブリッジマン法を用いて作成した純良単結晶を用いて光電子分光測定がすでに実施されており、今後はこの研究をさらに一歩進め、より遍歴的で重いバンドの出現が期待される5f電子系のモノプニクタイドThX、UX（X：P、As、Sb、Bi）において、5f電子とプニクトゲンs、p電子バンドの混成が引き起こすトポロジカル相転移現象をARPES実験によって観測する。さらに、ドハース・ファンアルフェン振動の観測により、電子状態のトポロジーを明らかにしたThRh6Ge4と同型の重い電子系物質の開発を続けていく。
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