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Itinerant multipole order in spin-orbit-coupled metals

Publicly Offered Research

Project AreaJ-Physics: Physics of conductive multipole systems
Project/Area Number 18H04308
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

平井 大悟郎  東京大学, 物性研究所, 助教 (80734780)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Keywordsスピン軌道相互作用 / 多極子 / スピン分裂 / スピン軌道結合金属 / ドメイン整列 / 非対角応答 / 電気トロイダル四極子 / 反転対称性の破れ / 多極子秩序 / 電気磁気応答 / 5d電子系 / ダブルペロブスカイト / 四極子秩序 / レニウム化合物
Outline of Annual Research Achievements

原子番号の大きな元素では、電子に強いスピン軌道相互作用が働く。そのような重い元素を含む金属では、スピン軌道相互作用によってフェルミ面が不安定になり、自発的に結晶構造の反転対称性が破れる相転移を引き起こす可能性がある。このような不安定性を有する金属をスピン軌道結合金属と呼ぶ。5d遷移金属化合物Cd2Re2O7は、スピン軌道結合金属の最も有力な候補物質である。本研究では、純良な単結晶試料を用いた輸送特性の測定によって、Cd2Re2O7における反転対称性の破れた相の電子状態と相転移機構の微視的理解を目的としている。これまでに、本質的な物性を明らかにするために必要な、純良かつ十分な大きさのCd2Re2O7単結晶の育成に取り組んだ。結果として、過去の報告よりもはるかに質が良く、大型の単結晶を得ることに成功している。3mm程度の大型単結晶育成に成功したことで、様々な測定グループと共同研究を展開している。また、相転移において形成されるドメイン構造を制御する手法も確立した。2019年度は、これらの事前準備をもとにCd2Re2O7の電子秩序相における本質的な物性を明らかにした。まず、単結晶のドメイン構造を制御する様子を偏光顕微鏡で観察した結果、120 K付近の2つ目の相転移において格子のa軸とc軸の長さが逆転するという特異な現象を観測した。Cd2Re2O7では相転移に伴う格子変形が小さすぎるため、これまでa軸とc軸の長さを実験的に比較することができなかったが、ドメイン制御の観察によって初めて明らかになった。さらに、ドメインを整列した状態の結晶で電気抵抗測定を行い、格子歪が極めて小さいにも関わらず、25%もの抵抗の異方性が存在することを明らかにした。これは多極子秩序相の特異な電子状態を初めてとらえた結果である。今後これらの知見と理論を比較することで、スピン軌道結合金属の理解が進むと期待される。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (36 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (31 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Fudan University/the University of Hong Kong(中国)

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  • [Journal Article] Muon Spin Rotation, High-Field Magnetization, and Structural Study on a Spin-Orbit-Entangled Mott Insulator Ba2MgReO62020

    • Author(s)
      Hirai Daigorou、Koda Akihiko、Matsuo Akira、Kindo Koichi、Yajima Takeshi、Hiroi Zenji
    • Journal Title

      JPS Conference Proceedings

      Volume: 30

    • DOI

      10.7566/jpscp.30.011143

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    • Author(s)
      Tajima Satoshi、Hirai Daigorou、Yajima Takeshi、Nishio-Hamane Daisuke、Matsubayashi Yasuhito、Hiroi Zenji
    • Journal Title

      Journal of Solid State Chemistry

      Volume: 288 Pages: 121359-121359

    • DOI

      10.1016/j.jssc.2020.121359

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    • Author(s)
      Matsubayashi Y.、Sugii K.、Hirai D.、Hiroi Z.、Hasegawa T.、Sugiura S.、Hirose H. T.、Terashima T.、Uji S.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 101 Issue: 20 Pages: 205133-205133

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.205133

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  • [Journal Article] Successive Symmetry Breaking in a Jeff = 3/2 Quartet in the Spin-Orbit Coupled Insulator Ba2MgReO62019

    • Author(s)
      Hirai Daigorou、Hiroi Zenji
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 88 Issue: 6 Pages: 064712-064712

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.064712

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      平井大悟郎
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  • [Presentation] 17O核NMRで見たBa2MgReO6の二段相転移2020

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  • [Presentation] 超音波測定による単結晶パイロクロア酸化物Cd2Re2O7の弾性特性の研究2019

    • Author(s)
      中村一翔, 工藤慎也, 中村光輝, 吉澤正人, 中西良樹, 平井大悟郎, 廣井善二
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  • [Presentation] スピン軌道結合絶縁体Ba2CdReO6における四極子秩序2019

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      平井大悟郎, 広井善二
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      日本物理学会 2019年秋季大会
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  • [Presentation] Cd2Re2O7における電気トロイダル四極子秩序2019

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      平井大悟郎, 田島聖士, 広井善二
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      日本物理学会 2019年秋季大会
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  • [Presentation] 比熱の磁場角度依存性から見たCd2Re2O7の超伝導ギャップ構造とネマティック状態2019

    • Author(s)
      橘高俊一郎, 平井大悟郎, 廣井善二, 町田一成, 榊原俊郎
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      日本物理学会 2019年秋季大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] スピン軌道結合金属パイロクロアCd2Re2O7における磁気トルク対称性2019

    • Author(s)
      宇治進也, 杉浦栞理, 廣瀬陽代, 寺嶋太一, 長谷川巧, 松林康仁, 平井大悟郎, 広井善二
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      日本物理学会 2019年秋季大会
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  • [Presentation] Cd2Re2O7における非相反磁気抵抗2019

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      田島聖士, 平井大悟郎, 矢島健, 廣井善二
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  • [Presentation] New Kitaev spin liquid candidate OsCl32019

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      K. Kataoka, D. Hirai, T. Yajima, D. Hamane, S. Kittaka, T. Sakakibara and Z. Hiroi
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      CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials
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  • [Presentation] Quadrupole order in a spin-orbit entangled 5d oxide2019

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      D. Hirai, H. Sagayama, G Shang, H. Ohsumi, T. Arima, and Z. Hiroi
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      CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials
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      International Conference on strongly correlated electron systems 2019
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  • [Presentation] New Kitaev spin liquid candidate OsCl32019

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      K. Kataoka, D. Hirai, T. Yajima, D. Hamane, S. Kittaka, T. Sakakibara and Z. Hiroi
    • Organizer
      J-Physics 2019 International Conference & KINKEN-WAKATE 2019 Multipole Physics
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  • [Presentation] Multipolar Order in a Spin-Orbit Entangled Mott Insulator Ba2MgReO62019

    • Author(s)
      Daigorou Hirai
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 超音波測定によるパイロクロア酸化物Cd2Re2O7の弾性特性の研究2019

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      中村一翔, 工藤慎也, 川崎優介, 今井丈, 中村光輝, 吉澤正人, 中西良樹, 平井大悟郎, 廣井善二
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      日本物理学会第74回年次大会
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  • [Presentation] パイロクロア酸化物Cd2Re2O7のNMR2019

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      米良伸義, 武田晃, 瀧川仁, 松林康仁, 平井大悟郎, 広井善二, 長谷川巧
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  • [Presentation] パイロクロア酸化物Cd2Re2O7の一軸圧によるドメイン制御2019

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  • [Presentation] パイロクロアCd2Re2O7における低温磁気トルク測定2019

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      宇治進也, 杉浦栞理, 廣瀬陽代, 寺嶋太一, 長谷川巧, 松林康仁, 平井大悟郎, 広井善二
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  • [Presentation] スピン軌道結合金属Cd2Re2O7のスピン分裂したフェルミ面における大きなサイズの違い2019

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      廣瀬陽代, 寺嶋太一, 平井大悟郎, 松林康仁, 菊川直樹, David Graf, 杉井かおり, 杉浦栞理, 広井善二, 宇治進也
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  • [Presentation] パイロクロア酸化物Cd2Re2O7のNMR2018

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  • [Presentation] パイロクロアCd2Re2O7における多極子秩序の磁気トルク測定2018

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      宇治進也, 杉浦栞理, 廣瀬陽代, 寺嶋太一, 長谷川巧, 松林康仁, 杉井かおり, 平井大悟郎, 広井善二
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  • [Presentation] スピン軌道相互作による不安定性で形成される遍歴多極子2018

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      第 12 回 物性科学領域横断研究会
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  • [Presentation] Domain Formation and Control in the Pyrochlore Oxide Cd2Re2O72018

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      Daigorou Hirai, Y. Matsubayashi, K. Tajima, S. Kinoshita, M. Tokunaga, and Z. Hiroi
    • Organizer
      The 16th international conference on megagauss magnetic field generation and related topics
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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