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The study of anomalous magnetoelectric effects on honeycomb structure

Publicly Offered Research

Project AreaJ-Physics: Physics of conductive multipole systems
Project/Area Number 16H01073
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

大原 繁男  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60262953)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2016: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Keywordsキラル磁性 / キラルソリトン格子 / 反対称スピン軌道相互作用 / ハニカム磁性 / 強四極子秩序 / 磁化プラトー / 電流誘起磁化 / 電流誘起磁気効果 / ハニカム磁性体 / キラル磁性体 / 希土類金属間化合物 / 電流磁気効果 / 擬カゴメ格子磁性体 / キラル化合物 / 局所的反転対称性の破れ / 新物質合成
Outline of Annual Research Achievements

結晶構造の反転対称性の破れによる磁性をキラル結晶のYbNi3Al9、ErNi3Ga9、DyNi3Ga9の比熱、磁化、中性子回折、共鳴X線回折、超音波測定から明らかとした。これらの物質では希土類磁性イオンがハニカム構造を形成している。YbNi3Al9およびNiを一部Cuで置換した物質では、低温で磁気秩序すると、磁気モーメントがc軸に垂直な面内にあるキラルらせん磁気構造が生じ、らせん軸に垂直に磁場を印加するとキラルソリトン格子が生じることを明らかとし、温度-磁場の磁気相図を作成した。特に、共鳴X線回折から、磁気キラルらせん構造が結晶構造のキラリティと一対一の関係があること、その周期がNiに置換したCuの濃度に比例して変化していることを観測した。ErNi3Ga9では、ハニカム構造上の磁気モーメントが二つの三角副格子にわかれて逆向きの秩序しており、磁化容易軸がc軸のため、反対称スピン軌道相互相互作用が磁気構造に作用しないことを明らかとした。DyNi3Ga9は擬縮退した二つのクラマースダブレットにより磁気秩序とともに強四極子秩序をしていること、磁気モーメントはc軸に垂直な面内で秩序化しており、小さな結晶場と反対称スピン軌道相互作用と絡んで、複雑な磁気相図を持つことがわかった。
新物質合成として、同様のハニカム構造をもつ希土類-遷移金属-ガリウム化合物の合成を行い基礎物性を測定した。得られた物質はアキラルな結晶構造をもつことから、今後、キラルとアキラルな結晶での磁気物性の違いを比較する。
さらに、これらのハニカム磁性体について、電流を印加した状態での磁化の観測を行った。その結果、ErNi3Ga9について、磁気秩序温度以下で電流量に比例して磁化が生じる電流誘起磁化の観測に至った。しかし、その電流と磁化の生じる向きの関係は理論予想とは異なっており、今後、再現性を含めて慎重に研究を進める。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (38 results)

All 2018 2017 2016 2015 Other

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (29 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Ferroquadrupolar Ordering due to the Quasi-degenerate Quartet in the Trigonal Chiral Structure of DyNi3Ga92018

    • Author(s)
      I. Ishii, K. Takizawa, T. Mizuno. S. Kamikawa, H. Ninomiya, Y. Matsumoto, S. Ohara, K. Mitsumoto, T. Suzuki
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 87 Issue: 1 Pages: 013602-013602

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.013602

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Neutron diffraction study of antiferromagnetic ErNi3Ga9 in magnetic fields2018

    • Author(s)
      Hiroki Ninomiya, Takaaki Sato, Yuji Matsumoto, Taketo Moyoshi, Akiko Nakao, Kazuki Ohishi, Yusuke Kousaka, Jun Akimitsu, Katsuya Inoue, Shigeo Ohara
    • Journal Title

      Physica B

      Volume: 536 Pages: 392-396

    • DOI

      10.1016/j.physb.2017.09.057

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      2017 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Specific heat of the chiral-soliton-lattice phase in Yb(Ni0.94Cu0.06)3Al92018

    • Author(s)
      Hiroki Ninomiya, Takaaki Sato, Katsuya Inoue, Shigeo Ohara
    • Journal Title

      Physica B

      Volume: 536 Pages: 654-658

    • DOI

      10.1016/j.physb.2017.08.010

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  • [Journal Article] Photoemission study of the electronic structure of the Kondo lattices Yb2Pt6X15 (X=Al, Ga)2017

    • Author(s)
      Awabaikeli Rousuli, Shogo Nakamura, Hitoshi Sato, Takuya Ueda, Yuji Matsumoto, Shigeo Ohara, Eike F. Schwier, Toshiki Nagasaki, Kojiro Mimura, Hiroaki Anzai, Katsuya Ichiki, Shigenori Ueda, Kenya Shimada, Hirofumi Namatame, Masaki Taniguchi
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 96 Issue: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.045117

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Chiral Soliton Lattice Formation in Monoaxial Helimagnet Yb(Ni1-xCux)3Al92017

    • Author(s)
      Matsumura Takeshi、Kita Yosuke、Kubo Koya、Yoshikawa Yugo、Michimura Shinji、Inami Toshiya、Kousaka Yusuke、Inoue Katsuya、Ohara Shigeo
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 86 Issue: 12 Pages: 124702-124702

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.124702

    • NAID

      120006528384

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Magnetic Properties and Magnetic Phase Diagrams of Trigonal DyNi3Ga92017

    • Author(s)
      Hiroki Ninomiya, Yuji Matsumoto, Shota Nakamura, Yohei Kono, Shunichiro Kittaka, Toshiro Sakakibara, Katsuya Inoue, Shigeo Ohara
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 86 Issue: 12 Pages: 124704-124704

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.124704

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Single crystal growth and magnetic properties of pseudo-kagome lattice RRhPb (R=Nd, Sm and Gd)2016

    • Author(s)
      Y. Matsumoto, R. Goto, Y. Haga, Z. Fisk, S. Ohara
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 807 Pages: 042006-042006

    • DOI

      10.1088/1742-6596/807/4/042006

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Single crystal growth and heat capacity measurements of triangular lattice R2Pt6Ga15 (R=rare earth)2015

    • Author(s)
      Y. Matsumoto, T. Ueda, S. Ohara
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 683 Pages: 012035-012035

    • DOI

      10.1088/1742-6596/683/1/012035

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    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] キラル化合物DyNi3Ga9の磁場中弾性率III2018

    • Author(s)
      鈴木孝至, 竹澤巧基, 水野拓陽, 川本陽, 熊野聡一郎, 二宮博樹, 松本裕司, 大原繁男, 石井勲
    • Organizer
      日本物理学会
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  • [Presentation] キラル螺旋磁性体Yb(Ni1-xTx)3Al9 (T=Co, Cu)の電流磁気効果2018

    • Author(s)
      佐藤嵩晃, 二宮博樹, 大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ハニカム構造を持つ希土類金属磁性体における電気磁気効果2018

    • Author(s)
      岸本一真, 加納敏明, 大原繁男
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      日本物理学会
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  • [Presentation] 直方晶Yb2Pd3Al9の単結晶育成と電子物性2018

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      矢田達也, 加納敏明, 二宮博樹, 大原繁男
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      日本物理学会
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  • [Presentation] YbA2X2(A=Ni,Pd;X=Si,Ge)の硬X線光電子分光2018

    • Author(s)
      佐藤仁, R. Awabaikeli, 大原繁男, 松本裕司, 前田和大, 長崎俊樹, 三村功次郎, 市木勝也, 上田茂典, 島田賢也, 生天目博文
    • Organizer
      日本物理学会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Yb2Pt6Ga15の角度分解光電子分光2017

    • Author(s)
      Awabaikeli Rousuli, 中村将吾, 佐藤仁, 植田拓也, 松本裕司, 大原繁男, 長崎俊樹, Eike F. Schwier, M. Zheng, 島田賢也, 有田将司, 生天目博文, 谷口雅樹
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-17
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  • [Presentation] 重い電子系ヘリカル磁性体YbNi3Al9の電流誘起磁化測定2017

    • Author(s)
      岸本一真, 松本裕司, 大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-17
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 歪んだハニカム構造を持つ直方晶R2Ir3Ga9(R=Ce-Nd, Sm-Lu)の単結晶育成2017

    • Author(s)
      兵藤一志, 松本裕司, 大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-17
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  • [Presentation] Co置換による三方晶RNi3Al9 (R=Gd, Dy, Er, Yb) における磁気秩序の抑制2017

    • Author(s)
      佐藤嵩晃, 松本裕司, 大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会第71回秋季大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-17
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  • [Presentation] Cluster Multipole in Honeycomb Magnet of Rare-earth Intermetallic Compound2017

    • Author(s)
      二宮博樹,佐藤嵩晃,松本裕司,茂吉武人,中尾朗子,大石一城,高阪勇輔,大原繁男
    • Organizer
      第11回領域横断研究会
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  • [Presentation] Synthesis, structure and magnetism in honeycomb magnets of RNi3Al9, RNi3Ga9, R2Pt6Ga15 and R2Rh3Ga9 (R: rare-earth elements)2017

    • Author(s)
      S. Ohara, T. Kano, K. Hyodo, K. Kishimoto, T. Ueda, and H. Ninomiya
    • Organizer
      International Workshop on Multipole Physics and Related Phenomena
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  • [Presentation] 硬X線領域における共鳴光電子分光の進展と展望2017

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      三村功次郎, 保井晃, 池永英司, 河村直己, 水牧仁一朗, 筒井智嗣, 佐藤仁 魚住孝幸, 光田暁弘, 大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会
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  • [Presentation] Yb(Ni1-xCux)3Al9におけるらせん磁気構造とキラルソリトン格子の形成2017

    • Author(s)
      松村武, 喜多要介, 久保光野, 吉川雄吾, 道村真司, 稲見俊哉, 大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会
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  • [Presentation] キラル化合物DyNi3Ga9の磁場中弾性率II2017

    • Author(s)
      鈴木孝至, 竹澤巧基, 水野拓陽, 川本陽, 熊野聡一郎, 二宮博樹A, 松本裕司, 大原繁男, 石井勲
    • Organizer
      日本物理学会
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  • [Presentation] 希土類キラル磁性体YbNi3Al9微細試料の輸送特性2017

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      青木瑠也, 戸川欣彦, 大原繁男
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  • [Presentation] キラル螺旋磁性体Yb(Ni1-xTx)3Al9 (T=Co, Cu) のホール効果2017

    • Author(s)
      佐藤嵩晃, 二宮博樹, 大原繁男
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      日本物理学会
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  • [Presentation] 11 GPaまでの交流法比熱測定によるキラル磁性体YbNi3Ga9の圧力誘起量子臨界現象の研究2017

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      大瀧拓弥, 梅尾和則, 高畠敏郎, 大原繁男
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  • [Presentation] 新しいYb系化合物Yb2Rh3Si5の単結晶育成と物性2017

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      成瀬淳基, 兵藤一志, 佐藤嵩晃, 大原繁男
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      日本物理学会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 直方晶R2Rh3Ga9(R:希土類元素)の磁性2017

    • Author(s)
      加納敏明, 兵藤一志, 大原繁男
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  • [Presentation] Neutron diffraction study of antiferromagnetic ErNi3Ga9 in magnetic fields2017

    • Author(s)
      Hiroki Ninomiya, Takaaki Sato, Yuji Matsumoto, Taketo Moyoshi, Akiko Nakao, Kazuki Ohishi, Yusuke Kousaka, Jun Akimitsu, Katsuya Inoue, Shigeo Ohara
    • Organizer
      SCES2017
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Specific heat of the chiral-soliton-lattice phase in Yb(Ni0.94Cu0.06)3Al92017

    • Author(s)
      Hiroki Ninomiya, Takaaki Sato, Katsuya Inoue, Shigeo Ohara
    • Organizer
      SCES2017
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  • [Presentation] Magnetic phase diagram of uniaxial chiral helical magnet Yb(Ni0.94Cu0.06)3Al92017

    • Author(s)
      Hiroki Ninomiya, Takaaki Sato, Shigeo Ohara
    • Organizer
      DMI2017
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 三方晶DyNi3Ga9の中性子散乱2017

    • Author(s)
      二宮博樹, 松本裕司, 茂吉武人, 中尾朗子, 高阪勇輔, 大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ハニカム磁性体R0.67TnM2n+m(R=希土類金属、T=遷移金属、M=Al, Ga; n, m=1, 2)の合成と電流誘起磁化測定2016

    • Author(s)
      岸本一真,加納敏明, 兵藤一志, 植田拓也, 二宮博樹, 松本裕司, 大原繁男
    • Organizer
      第10回物性科学領域横断研究会
    • Place of Presentation
      神戸大学
    • Year and Date
      2016-12-08
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  • [Presentation] 一軸性キラル磁性体Yb(Ni1-xMx)3Al9 (M=Co, Cu) の電流磁気効果2016

    • Author(s)
      佐藤嵩晃, 松本裕司, 大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会第71回秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-14
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  • [Presentation] 複数の磁気相を持つDyNi3Ga9およびDy2Pt6Ga15の電流磁気効果2016

    • Author(s)
      岸本一真, 濱田浩史, 植田拓也, 二宮博樹, 松本裕司, 大原繁男
    • Organizer
      日本物理学会第71回秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-14
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  • [Presentation] Chiral magnetic properties and magnetic phase diagram of trigonal DyNi3Ga92016

    • Author(s)
      Shigeo Ohara, Hiroki Ninomiya, Yuji Matsumoto
    • Organizer
      The Joint European Magnetic Symposia (JEMS) 2016
    • Place of Presentation
      Glasgow
    • Year and Date
      2016-08-21
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Single-crystal growth and magnetic properties of RNi3Al9, RNi3Ga9, and R2Pt6Ga15 (R=rare-earth)2016

    • Author(s)
      Shigeo Ohara
    • Organizer
      Rare Earths 2016
    • Place of Presentation
      Sapporo
    • Year and Date
      2016-06-05
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 六方晶Ce2Pt6Ga15の重い電子状態2016

    • Author(s)
      松本裕司, 植田拓也, 大原繁男, 河野洋平, 中村翔太, 橘高俊一郎, 榊原俊郎, 上床美也
    • Organizer
      日本物理学会第71回秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
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      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] 三角、ハニカム、カゴメ

    • URL

      http://ohara-lab.web.nitech.ac.jp/ohara-lab/RESEARCHES3.html

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2016-04-26   Modified: 2018-12-17  

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