空間反転対称性を「破る」5d電子系の新物質開拓

• Project Area: J-Physics: Physics of conductive multipole systems
• Project/Area Number: 18H04314
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 岡本 佳比古 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90435636)
• 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: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2018: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 5d電子系 / 空間反転対称性 / 超伝導 / 5d遷移金属化合物 / 新物質開拓 / 相転移

Outline of Annual Research Achievements

本課題では、強いスピン軌道相互作用と強い電子相関の効果が共存する多軌道系である5d遷移金属化合物を中心として、空間反転対称性を破る相転移を示す新しい5d電子系物質の開発と、局所的に空間反転対称性を破る5d電子系物質における新超伝導体探索を行う。それにより、パリティ混成に駆動される電子相転移や、奇パリティ多極子が関与する非従来型超伝導といった、空間反転対称性に起因する興味深い電子現象を発見する。令和元年度には、(a) 空間反転対称性が破れた立方晶の結晶構造をもつPt化合物と、(b) 高い熱電変換特性を示す5d遷移金属テルル化物Ta4SiTe4について研究を行った。
(a) 空間反転対称性が破れた立方晶の結晶構造をもつPt化合物、PtSbSとBaPtPの焼結体試料が、それぞれ0.15 K、0.20 Kにおいて超伝導転移することを発見した。このうちPtSbSについては、磁化測定により大きな反磁性が観測されており、バルク超伝導であることを確かめた。PtSbSはネスティングの強いホールポケットを含む特徴的な形状のフェルミ面をもつこと、BaPtPでは空間反転対称性が破れていることによるバンド分裂がかなり大きいことが電子状態計算により明らかにされた。今後、これらの特徴が、空間反転対称性が破れた立方晶の結晶構造をとることと関連して、超伝導を含む電子物性においてどのように表れているのかを解明することが期待される。
(b) Ta4SiTe4に元素置換を行うことにより、高い熱電変換特性を示すp型、n型試料の合成に成功した。これらの試料を用いた冷却素子を試作し、実際に温度降下が起こることを確かめた。

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

• [Journal Article] Electronic Properties of BaPtP with a Noncentrosymmetric Cubic Crystal Structure (2020)
  • Author(s): Yoshihiko Okamoto, Ryosuke Mizutani, Youichi Yamakawa, Hiroshi Takatsu, Hiroshi Kageyama, and Koshi Takenaka
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 29
  • DOI: 10.7566/jpscp.29.011001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regular-Triangle Trimer and Charge Order Preserving the Anderson Condition in the Pyrochlore Structure of CsW2O6 (2020)
  • Author(s): Yoshihiko Okamoto, Haruki Amano, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Kenta Niki, Rikuto Mitoka, Hisatomo Harima, Takumi Hasegawa, Norio Ogita, Yu Tanaka, Masashi Takigawa, Yasunori Yokoyama, Kanji Takehana, Yasutaka Imanaka, Yuto Nakamura, Hideo Kishida, and Koshi Takenaka
  • Journal Title: Nature Communications Volume: －
  • NAID: 120006873092
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hole-Doped M4SiTe4 (M = Ta, Nb) as an Efficient p-Type Thermoelectric Material for Low-Temperature Applications (2019)
  • Author(s): Yoshihiko Okamoto, Yuma Yoshikawa, Taichi Wada, and Koshi Takenaka
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 115 Issue: 4 Pages: 043901-043901
  • DOI: 10.1063/1.5109590
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconductivity in PtSbS with a Noncentrosymmetric Cubic Crystal Structure (2019)
  • Author(s): Ryosuke Mizutani, Yoshihiko Okamoto, Hayate Nagaso, Youichi Yamakawa, Hiroshi Takatsu, Hiroshi Kageyama, Shunichiro Kittaka, Yohei Kono, Toshiro Sakakibara, and Koshi Takenaka
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Issue: 9 Pages: 093709-093709
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.093709
  • NAID: 40022008736
  • Peer Reviewed
• [Presentation] βパイロクロア酸化物CsW2O6の金属絶縁体転移における三量体形成 (2020)
  • Author(s): 岡本佳比古
  • Organizer: 新学術領域「多極子伝導系の物理」令和元年度領域全体会議
• [Presentation] One-Dimensional Telluride Ta4SiTe4 as an Efficient Thermoelectric Material for Low-Temperature Applications (2019)
  • Author(s): Yoshihiko Okamoto
  • Organizer: 14th Asia-Pacific Physics Conference 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Equilateral-Triangular Trimer Formation in β-Pyrochlore Oxide CsW2O6 (2019)
  • Author(s): Yoshihiko Okamoto, Rikuto Mitoka, Kenta Niki, Haruki Amano, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Hisatomo Harima, and Koshi Takenaka
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Superconductivity in PtSbS with Noncentrosymmetric and Cubic Crystal Structure (2019)
  • Author(s): Yoshihiko Okamoto
  • Organizer: J-Physics 2019 International Conference & KINKEN-WAKATE 2019 Multipole Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Exploration of Novel Transition Metal Compounds Based on the Unique Crystal and Electronic Structures (2019)
  • Author(s): Yoshihiko Okamoto
  • Organizer: Research Frontier of Advanced Spectroscopies for Correlated Electron Systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ウルマナイト型硫化物PtSbSの超伝導 (2019)
  • Author(s): 岡本佳比古、水谷亮介、永曽颯、山川洋一、高津浩、陰山洋、河野洋平、橘高俊一郎、榊原俊郎、竹中康司
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] ウルマナイト型硫化物PtSbSの超伝導 (2019)
  • Author(s): 岡本佳比古
  • Organizer: 新学術領域「多極子伝導系の物理」J-Physics地域研究会 - 北九州
• [Presentation] Crystal Growth of 5d Transition Metal Compounds: β-Pyrochlore Oxide CsW2O6 and One-Dimensional Telluride Ta4SiTe4 (2018)
  • Author(s): Yoshihiko Okamoto
  • Organizer: International Workshop on New Materials and Crystal Growth
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 電気炉とデータベースによる物質開拓 (2018)
  • Author(s): 岡本佳比古
  • Organizer: 新学術領域研究「多極子伝導系の物理」 ものづくりシリーズ第3回「物質探索最前線」
  • Invited
• [Presentation] βパイロクロア酸化物CsW2O6における三量体形成 (2018)
  • Author(s): 岡本佳比古、三十日陸斗、二木健太、天野春樹、片山尚幸、澤博、播磨尚朝、竹中康司
  • Organizer: 物性研究所短期研究会「量子多体効果が生み出す液晶的電子状態」
• [Presentation] 低温で高い熱電変換性能を示す一次元テルル化物Ta4SiTe4とNb4SiTe4 (2018)
  • Author(s): 岡本佳比古
  • Organizer: 第3回固体化学フォーラム
  • Invited