Study of cluster multipole in materials with a honeycomb or zigzag structure

• Project Area: J-Physics: Physics of conductive multipole systems
• Project/Area Number: 18H04315
• 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 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): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 反対称スピン軌道相互作用 / 反転対称性の破れ / キラル磁性体 / 電気磁気効果テンソル / 拡張多極子 / 電気磁気効果 / 局所的反転対称性の破れ / キラル磁性 / 電流誘起磁化

Outline of Annual Research Achievements

空間反転対称性の破れた物質の探査を次の合成指針で行った。１）強いスピン軌道相互作用が期待されるイリジウムやビスマスを含む，２）空間反転対称を破ためにsp3混成軌道が期待されるシリコンを構成元素にもつ。この指針の元，イッテルビウム-遷移金属元素-SiあるいはBi三元系化合物の合成を50以上の育成条件で試みた。新物質としていずれも磁性元素Ybの位置に反転心を持たないYbIr3Si7とYbNi2Si3を発見した。YbIr3Si7は近藤温度約20Kの物質であり，4.1K以下で反強磁性秩序する。YbNi2Si3はThCr2Si2とBaNiSi3の両者に類似した結晶構造を持つことから超伝導を期待したが，2mKまで測定を行ったが，反強磁性秩序温度0.35Kの重い電子系物質とわかった。また，希土類イオンがハニカム構造をもつDy4Pd9Ga24とEr4Pd9Ga24についても結晶合成を行った。
並行して，カイラル結晶構造を持つYbNi3Al9の純粋な左右性を持つ大型結晶育成法の開発を行った。育成に用いるフラックス法では，通常は多数の結晶核が生成して結晶の左右性や大きさを制御できない。そこで，温度勾配を用いて溶液の底部から冷却して結晶核の生成数を減らし，従来の約3倍の結晶を再現性よく得られるようになった。2mm角程度の純粋な左右性を持つ単結晶を得られるようになった。
また，磁気秩序にともなう対称性の低下にともなう電圧（電流）誘起磁化の観測を進めた。ErNi3Ga9は磁気秩序にともない対称性がR32からC2に低下する。この物質を用いて電気磁気テンソルの各項，特に非対角項が磁気秩序温度以下でのみ発現するかどうかを観測した。測定技術は向上したが，電気磁気効果が生じているかどうかを明確に判断するには至らなかった。

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

• [Int'l Joint Research] Institute of Physics(クロアチア)
• [Journal Article] Electronic Structure of Yb(Ni1-xCox)3Ga9 Studied by Angle-resolved Photoelectron Spectroscopy (2020)
  • Author(s): Utsumi Yuki、Mondal Debashis、Fujii Jun、Vobornik Ivana、Nakamura Shota、Matkovic-Calogovic Dubravka、Ohara Shigeo
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 89 Issue: 4 Pages: 044711-044711
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.044711
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pressure Effect on the Chiral Helimagnetic Order in YbNi3Al9 (2020)
  • Author(s): Ota Yoshihiko、Umeo Kazunori、Otaki Takumi、Arai Yudai、Onimaru Takahiro、Nakamura Shota、Ohara Shigeo
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 89 Issue: 4 Pages: 044715-044715
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.044715
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Structure of a Chiral Magnet DyNi3Al9 (2020)
  • Author(s): Iba Kenshirou、Matsumura Takeshi、Nakao Akiko、Ishikawa Yoshihisa、Ohishi Kazuki、Kiyanagi Ryoji、Kousaka Yusuke、Ohara Shigeo
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 30 Pages: 011164-6
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011164
  • NAID: 130008152271
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Magnetic Anisotropy of Chiral Magnet Yb(Ni1-xCux)3Al9 at High Magnetic Fields (2020)
  • Author(s): Ito Daichi、Matsumura Takeshi、Ohara Shigeo
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 30 Pages: 011168-6
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011168
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Heavy Fermion State of YbNi2Si3 without Local Inversion Symmetry (2020)
  • Author(s): Nakamura Shota、Hyodo Kazushi、Matsumoto Yuji、Haga Yoshinori、Sato Hitoshi、Ueda Shigenori、Mimura Kojiro、Saiki Katsuyoshi、Iso Kosei、Yamashita Minoru、Kittaka Shunichiro、Sakakibara Toshiro、Ohara Shigeo
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 89 Issue: 2 Pages: 024705-024705
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.024705
  • NAID: 40022155106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New Rare-earth Intermetallic Compounds Dy4Pd9Ga24 and Er4Pd9Ga24 (2020)
  • Author(s): Nakamura Shota、Yada Tatsuya、Ohara Shigeo
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 29 Pages: 012011-012011
  • DOI: 10.7566/jpscp.29.012011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Contrasting pressure evolution of f-electron hybridized states in CeRhIn5 and YbNi3Ga9: An optical conductivity study (2019)
  • Author(s): Okamura H.、Takigawa A.、Yamasaki T.、Bauer E. D.、Ohara S.、Ikemoto Y.、Moriwaki T.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Issue: 19 Pages: 195112-195112
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.195112
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Magnetic Ordering in Kondo Lattice Compound YbIr3Si7 (2019)
  • Author(s): Nakamura Shota、Kano Toshiaki、Ohara Shigeo
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Issue: 9 Pages: 093705-093705
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.093705
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anisotropic phase diagram of ferroquadrupolar ordering in the trigonal chiral compound DyNi3Ga9 (2019)
  • Author(s): I. Ishii, K. Takezawa, T. Mizuno, S. Kumano, T. Suzuki, H. Ninomiya, K. Mitsumoto, K. Umeo, S. Nakamura, and S. Ohara
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 99 Issue: 7 Pages: 075156-075156
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.075156
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pressure-induced quantum critical behavior and magnetic order in YbNi3Ga9 with a chiral crystal structure: ac calorimetric measurements up to 12 GPa (2018)
  • Author(s): Kazunori Umeo, Takumi Otaki, Yudai Arai, Shigeo Ohara, Toshiro Takabatake
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 2
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.024420
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical transport properties of micrometer-sized samples of the rare-earth chiral magnet YbNi3Al9 (2018)
  • Author(s): Ryuya Aoki, Yoshihiko Togawa, Shigeo Ohara
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 21
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.214414
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Probing 4f anisotropic charge distribution of trigonal YbNi3Al9 by linear dichroism in Yb 3d core-level photoemission (2019)
  • Author(s): Yuina Kanai-Nakata et al., Shigeo Ohara
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pressure-Induced Magnetic Ordered Phases in the Chiral Compound YbNi3Ga9 Studied by Hall Resistivity and Magnetoresistance Measurements under Pressures up to 12GPa (2019)
  • Author(s): Yudai Arai et al., Shigeo Ohara
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electronic Structure of YbNi2X2 (X=Si, Ge) Studied by Hard X-Ray Photoemission Spectroscopy (2019)
  • Author(s): Hitoshi Sato et al., Shigeo Ohara
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Heavy fermion state of a new heavy fermion compound YbNi2Si3 (2019)
  • Author(s): Shota Nakamura, Kazushi Hyodo, Shunichiro Kittaka, Toshiro Sakakibara, Shigeo Ohara
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Control of Magnetic Interaction in Chiral Compound of DyNi3Ga9 by Substitution (2019)
  • Author(s): Takaaki Sato, Hiroki Ninomiya, Shota Nakamura, Shigeo Ohara
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication and evaluation of chiral helimagnet YbNi3Al9 thin films (2019)
  • Author(s): Akira Okumura et al., Shigeo Ohara
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic anisotropy of chiral magnet Yb(Ni1-xCux)3Al9 at high magnetic fields (2019)
  • Author(s): Daichi Ito et al., Shigeo Ohara
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetotransport properties of heavy-fermion and chiral magnet YbNi3Al9 (2019)
  • Author(s): Takaaki Sato, Shota Nakamura, Shigeo Ohara
  • Organizer: J-Physics 2019 International Conference & KINKEN-WAKATE 2019 Multipole Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] キラル磁性体YbNi3Al9薄膜の作製と評価II (2019)
  • Author(s): 西明寺達哉, 奥村慧, 宍戸寛明, 中村翔太, 大原繁男, 戸川欣彦
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] キラルな結晶構造をもつTbNi3Ga9の磁性 (2019)
  • Author(s): 大橋一諒, 中村翔太, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] キラル磁性体DyNi3Al9の磁気構造 (2019)
  • Author(s): 射場健士朗, 松村武, 中尾朗子, 石川喜久, 鬼柳亮嗣, 大石一城, 高阪勇輔, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 共鳴X線散乱によるキラル磁性体DyNi3Ga9の螺旋秩序の観測 (2019)
  • Author(s): 塚越舜, 松村武, 道村真司, 稲見俊哉, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 高磁場におけるキラル磁性体Yb(Ni1-xCux)3Al9の磁気異方性 (2019)
  • Author(s): 伊藤大地, 松村武, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Chiral magnetism in rare-earth intermetallic compound YbNi#D3#DRAl#D9#DR (2019)
  • Author(s): Shigeo Ohara
  • Organizer: JSPS Core-to-Core Program International meeting “Core-to-Core Final Meeting in Jaca (2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 元素置換によるキラル化合物 RNi3X9（R：希土類元素，X:Al, Ga）の磁気相互作用の調整 (2019)
  • Author(s): 佐藤嵩晃，中村翔太，大原繁男
  • Organizer: J-Physics トピカルミーティング地域研究会
• [Presentation] Single Crystal Growth of Chiral Magnet YbNi3Al9 using Flux Method in a Temperature Gradient (2019)
  • Author(s): Jyunya Inukai, Shota Nakamura, Shigeo Ohara
  • Organizer: V International Workshop Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exotic Spin Structures
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新物質YbIr3Si7の単結晶育成と磁性 (2019)
  • Author(s): 加納敏明, 中村翔太, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 新しいYb系化合物Yb2Rh3Si5の極低温磁化と比熱測定 (2019)
  • Author(s): 中村翔太, 成瀬淳基, 兵藤一志, 河野洋平, 橘高俊一郎, 榊原俊郎, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] キラル化合物YbNi3Ga9の圧力誘起磁気秩序相：圧力12 GPaまでのホール効果と磁気抵抗 (2019)
  • Author(s): 新井雄大, 大瀧拓弥, 梅尾和則A, 鬼丸孝博, 高畠敏郎, 中村翔太B, 大原繁男B
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] キラル磁性体YbNi3Al9の磁気秩序相に対する圧力効果 (2019)
  • Author(s): 大瀧拓弥, 新井雄大, 梅尾和則A, 鬼丸孝博, 高畠敏郎, 中村翔太B, 大原繁男B
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] キラル磁性体YbNi3Al9の温度勾配フラックス法による合成 (2019)
  • Author(s): 犬飼順也, 佐藤嵩晃, 中村翔太, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] ハニカム構造を持つ単斜晶Dy4Pd9Ga24とEr4Pd9Ga24の磁性 (2019)
  • Author(s): 矢田達也, 井手口凌太, 中村翔太, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] The ground state for new compound of Yb2Rh3Si5 with a zig-zag structure (2019)
  • Author(s): 成瀬淳基, 中村翔太, 大原繁男
  • Organizer: J-Physics トピカルミーティング「拡張多極子研究の進展と展望」
• [Presentation] Flux growth and characterization of new ytterbium intermetallic compounds: chiral magnetism and Kondo-lattice properties (2018)
  • Author(s): Shigeo Ohara
  • Organizer: J-Physics 2018: International Workshop on New Materials and Crystal Growth
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Magnetic phase diagram and magnetic structure of DyNi3Ga9 (2018)
  • Author(s): Shigeo Ohara
  • Organizer: χ‐mag2018: International Symposium on Chiral Magnetism
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Exploring of ternary Yb-based compound by a flux method (2018)
  • Author(s): Shigeo Ohara
  • Organizer: Topical meeting of J-Physics
  • Invited
• [Presentation] キラル化合物DyNi3Ga9の強四極子秩序における秩序変数 (2018)
  • Author(s): 石井勲, 竹澤巧基, 水野拓陽, 熊野聡一郎, 二宮博樹, 中村翔太, 大原繁男, 梅尾和則, 鈴木孝至
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] Dy4Pd9Ga24の結晶構造と電子物性 (2018)
  • Author(s): 矢田達也, 中村翔太, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 磁場中比熱測定によるキラル化合物YbNi3Ga9の圧力誘起磁気秩序 (2018)
  • Author(s): 新井雄大, 大瀧拓弥, 梅尾和則, 高畠敏郎, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] キラル磁性体 YbNi3Al9薄膜の作製と評価 (2018)
  • Author(s): 奥村慧, 宍戸寛明, 大原繁男, 戸川欣彦
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 結晶核の生成数を制御したフラックス法による不斉合成 (2018)
  • Author(s): 犬飼順也, 佐藤嵩晃, 中村翔太, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] YbNi3Al9におけるカイラルソリトン格子の形成 (2018)
  • Author(s): 大原繁男
  • Organizer: J-Physics: Tropical Topical Meeting
  • Invited
• [Presentation] 重い電子系化合物YbNi2Si3の極低温比熱と磁化 (2018)
  • Author(s): 中村翔太, 兵頭一志, 橘高俊一郎, 榊原俊郎, 大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会