A search for novel orders in spin-orbit coupled electron systems by NMR

• Project Area: J-Physics: Physics of conductive multipole systems
• Project/Area Number: 18H04310
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 瀧川 仁 東京大学, 物性研究所, 教授 (10179575)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: 核磁気共鳴 / スピン軌道結合系 / 多極子秩序 / 量子相転移 / 局所対称性 / 超伝導

Outline of Annual Research Achievements

希土類Pr化合物PrTi2Al20は、カゴ状クラスターを形成するAl原子によって囲まれた3価のPrイオンがダイヤモンド格子を形成する物質であり、結晶場基底状態が磁気モーメントを持たず高次の四極子や八極子のみを有することから、局在多極子系の最適な研究対象となっている。今年後はこれまでに蓄積したNMRデータの全体を解析し、結果を説明するための現象論およびモデル計算をと合わせて、磁場に誘起される一次相転移の機構を確立し、論文にまとめて公表した。

5d遷移金属酸化物Cd2Re2O7は、二つの温度Ts1=200KおよびT2s=120Kにおいて２段の相転移を示すが、電子系の強いスピン軌道相互作用と電子間相互作用による自発的空間反転対称性の破れがその起源である可能性が指摘されている。昨年度に引き続き111Cd原子核のNMRによって低温相の対称性を微視的に調べた。特に、従来1次相転移があると思われていたTs2近傍において、有限の温度幅を持つ第3の中間秩序相が存在することを明らかにした。共鳴線分裂の解析から、Ts2近傍では高温から正方晶ー直方晶ー正方晶の逐次連続相転移があり、中間相よりも低温相が高い対称性を有するという稀な現象が観測された。更に、酸素サイトのNMRを行った結果、低温秩序相において電場勾配が非整合な分布を示すという予想外の結果が得られた。

結晶場分裂したt2g状態が強いスピン軌道相互作用によって基底4重項を形成するダブルペロブスカイト5d遷移金属絶縁体BaMgReO6について、酸素サイトのNMRを行い、四極子秩序状態に磁場を印加することにより発生する八極子に由来する超微細磁場を観測した。この系の多極子モーメントの分布をを実験的に決定するために、超微細磁場の角度依存性の詳細な解析が進行中である。

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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Johns Hopkins 大学/NIST（国立標準技術研究所）(米国)
• [Int'l Joint Research] Rutherford Appleton 研究所(英国)
• [Int'l Joint Research] Laue Langevin 研究所(フランス)
• [Journal Article] Field-Orientation Effect on Ferro-Quadrupole Order in PrTi2Al20 (2020)
  • Author(s): Kittaka Shunichiro、Taniguchi Takanori、Hattori Kazumasa、Nakamura Shota、Sakakibara Toshiro、Takigawa Masashi、Tsujimoto Masaki、Sakai Akito、Matsumoto Yosuke、Nakatsuji Satoru
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 89 Issue: 4 Pages: 043701-043701
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.043701
  • NAID: 40022211746
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Field-Induced Switching of Ferro-Quadrupole Order Parameter in PrTi2Al20 (2019)
  • Author(s): Taniguchi Takanori、Hattori Kazumasa、Yoshida Makoto、Takeda Hikaru、Nakamura Shota、Sakakibara Toshiro、Tsujimoto Masaki、Sakai Akito、Matsumoto Yosuke、Nakatsuji Satoru、Takigawa Masashi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Issue: 8 Pages: 084707-084707
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.084707
  • NAID: 40021971889
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] V51-NMR study on the S=12 square lattice antiferromagnet K2V3O8 (2019)
  • Author(s): Takeda H.、Yasuoka H.、Yoshida M.、Takigawa M.、Ghimire N. J.、Mandrus D.、Sales B. C.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Issue: 5
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.054406
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Universal geometric frustration in pyrochlores (2018)
  • Author(s): Trump B. A.、Koohpayeh S. M.、Livi K. J. T.、Wen J.-J.、Arpino K. E.、Ramasse Q. M.、Brydson R.、Feygenson M.、Takeda H.、Takigawa M.、Kimura K.、Nakatsuji S.、Broholm C. L.、McQueen T. M.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 2619-2619
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05033-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inelastic Neutron Scattering Study of the Spin Dynamics in the Breathing Pyrochlore System LiGa0.95In0.05Cr4O8 (2018)
  • Author(s): Yu Tanaka, Rafal Wawrzynczak, Manh Duc Le, Tatiana Guidi, Yoshihiko Okamoto, Takeshi Yajima, Zenji Hiroi, Masashi Takigawa, and Goeran J. Nilsen
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 87 Issue: 7 Pages: 073710-073710
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.073710
  • NAID: 210000134889
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Field-enhanced quantum fluctuation in an S=1/2 frustrated square lattice (2018)
  • Author(s): Yamaguchi H.、Sasaki Y.、Okubo T.、Yoshida M.、Kida T.、Hagiwara M.、Kono Y.、Kittaka S.、Sakakibara T.、Takigawa M.、Iwasaki Y.、Hosokoshi Y.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 9 Pages: 094402-094402
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.094402
  • Peer Reviewed
• [Presentation] NMRから見た5d電子系Cd2Re2O7の相転移と秩序相の対称性 (2020)
  • Author(s): 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A
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] 17O-NMRで見たBa2MgReO6の二段相転移 (2020)
  • Author(s): 武田晃, 渡辺亮, 瀧川仁, 平井大悟郎, 廣井善二
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Field-induced switching of ferro-quadrupole order parameter in PrTi2Al20 (2019)
  • Author(s): M. Takigawa
  • Organizer: 3rd Aisa-Pasific workshop on Quantum Magnetism, Nov. 24-30, 2019, T. D. Lee Institute, Shanghai, Chaina
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] PrT2Al20(T=Ti,V)のNQR測定 (2019)
  • Author(s): 磯前貴央, 武田晃, 瀧川仁, 酒井明人, 中辻知
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] High Pressure Phases in the Shastry-Sutherland spin system SrCu2(BO3)2 (2018)
  • Author(s): M. Takigawa
  • Organizer: Kavli ITS & IOP, CAS Joint Workshop on Quantum Magnetism: Frustration, Low Dimensionality, Topology,
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] NMRによるPrV2Al20の多極子秩序の検証 (2018)
  • Author(s): 磯前貴央, 武田晃, 瀧川仁, 酒井明人, 中辻知
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Remarks] 瀧川研究室HP 業績
  • URL: https://masashi.issp.u-tokyo.ac.jp/