Research for Current-Induced Magnetoelectric effect in Ce zig-zag chain structure on new heavy fermion compounds

• Project Area: J-Physics: Physics of conductive multipole systems
• Project/Area Number: 18H04322
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 本山 岳 島根大学, 学術研究院理工学系, 准教授 (20360050)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2019: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 電気磁気効果 / 空間反転対称性 / 電流誘起磁化現象 / 重い電子系化合物 / ジグザグ鎖構造

Outline of Annual Research Achievements

Ce3TiBi5は空間群P63/mcmの結晶構造を持つ。a軸方向にミラーのc軸グライドが存在し、また反転対称中心を持つ。Ceは１つのサイトを占有し、最近接のCeがつながることでCeジグザグ鎖を形成する。反転対称中心はそのCe-Ce間の中点に存在し、Ceサイトにはない。この特徴的な結晶構造を持つCe3TiBi5において、Ceジグザグ鎖構造を持つ新しい重い電子系化合物における電流誘起磁化現象の探索を行うことが本研究の課題である。「Ce3TiBi5において電流誘起磁化現象の観測」、「同型の結晶構造を持つ化合物の探索」、「ホール素子等を利用した電流誘起磁化現象測定方法の開発」に取り組んだ。
我々はMPMSの測定プローブを改良し、電流印加下で磁化測定を実行した。Ce3TiBi5の反強磁性転移温度5 Kより高温では電流印加に影響を受けることなくCe3TiBi5の磁場によって誘起される通常の磁化と一致したが、転移温度以下では磁化に変化が現れた。この変化は電流に比例して変化し、磁場には全く影響を受けないことが明らかになった。さらに、La3TiBi5において同様の実験を行い、我々が観測した電流誘起磁化がLa3TiBi5には見られずCe3TiBi5の特徴であることも明らかにした。これらの結果からCe3TiBi5における電流誘起磁化の観測に成功したと結論付けた。Ce3TiBi5と同型の結晶構造を持つ新物質探索によって、希土類化合物の置換やTiをZrに置換した化合物の発見に成功した。これらの新規化合物においても同様な電気磁気効果が観測されつつあり、今後、系統的な研究に進展することを期待している。MPMSを利用した電流誘起磁化測定には測定温度など様々な制限があるため、ホール素子等を利用した測定手法の開発に取り組み、電流誘起磁化現象の測定環境の拡張を試みた。

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] Study for Current-induced Magnetization in Ferrotoroidal Ordered State of Ce3TiBi5 (2020)
  • Author(s): Shinozaki Masahiro、Motoyama Gaku、Mutou Tetsuya、Nishigori Shijo、Yamaguchi Akira、Fujiwara Kenji、Miyoshi Kiyotaka、Sumiyama Akihiko
  • Journal Title: JPS Conference Proceeding Volume: 30 Pages: 011189-011189
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011189
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature?Pressure Magnetic Phase Diagram of Ce3TiBi5 (2020)
  • Author(s): Tsubouchi Masahiro、Motoyama Gaku、Gouchi Jun、Miyoshi Kiyotaka、Nishigori Shijo、Fujiwara Kennji、Mutou Tetsuya、Uwatoko Yoshiya
  • Journal Title: JPS Conference Proceeding Volume: 30 Pages: 011102-011102
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Point-Contact Spectroscopic Study of the Superconducting Gap under Pressure in CeCoIn5 (2020)
  • Author(s): Kuninaka Masaki、Motoyama Gaku、Miyoshi Kiyotaka、Mutou Tetsuya、Nishigori Shijo、Fujiwara Kenji、Yamaguchi Akira、Sumiyama Akihiko
  • Journal Title: JPS Conference Proceeding Volume: 30 Pages: 011106-011106
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Properties of New Antiferromagnetic Compound of Ce3ZrBi5 (2020)
  • Author(s): Motoyama Gaku、Shinozaki Masahiro、Tsubouchi Masahiro、Kuninaka Masaki、Nishigori Shijo、Miyoshi Kiyotaka、Fujiwara Kenji、Gouchi Jun、Uwatoko Yoshiya
  • Journal Title: JPS Conference Proceeding Volume: 30 Pages: 011180-011180
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011180
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetoelectric Effect in the Antiferromagnetic Ordered State of Ce3TiBi5 with Ce Zig-Zag Chains (2020)
  • Author(s): Shinozaki Masahiro、Motoyama Gaku、Tsubouchi Masahiro、Sezaki Masumi、Gouchi Jun、Nishigori Shijo、Mutou Tetsuya、Yamaguchi Akira、Fujiwara Kenji、Miyoshi Kiyotaka、Uwatoko Yoshiya
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 89 Issue: 3 Pages: 033703-033703
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.033703
  • NAID: 210000158058
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Critical Current Density of the Ferromagnetic Superconductor UGe2 near the Superconducting Transition Temperature (2020)
  • Author(s): Yamaguchi Akira、Kotani Tomoya、Ogura Atsushi、Kawasaki Ikuto、Sumiyama Akihiko、Motoyama Gaku、Yamamura Tomoo、Shirasaki Kenji、Gouchi Jun、Haga Yoshinori
  • Journal Title: JPS Conference Proceeding Volume: 30 Pages: 011064-011064
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011064
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Penetration Depth of UBe13 and UPt3 Derived by DC Magnetization Measurements (2020)
  • Author(s): Sumiyama Akihiko、Nagai Ryou、Ishii Yumi、Kimura Yuichiro、Yamaguchi Akira、Motoyama Gaku、Kimura Noriaki、Yamamoto Etsuji、Haga Yoshinori、?nuki Yoshichika
  • Journal Title: JPS Conference Proceeding Volume: 30 Pages: 011067-011067
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011067
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of dc and ac magnetic-measurement system for a ferromagnetic superconductor, uranium digermanide (2018)
  • Author(s): Yamaguchi Akira、Tanaka Hiroyuki、Kawasaki Ikuto、Sumiyama Akihiko、Motoyama Gaku、Yamamura Tomoo
  • Journal Title: Progress in Nuclear Science and Technology Volume: 5 Issue: 0 Pages: 119-122
  • DOI: 10.15669/pnst.5.119
  • ISSN: 2185-4823
  • Year and Date: 2018-11-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure and magnetic properties of new ternary uranium compound U3TiBi9 (2018)
  • Author(s): Motoyama Gaku、Haga Yoshinori、Yamaguchi Akira、Kawasaki Ikuto、Sumiyama Akihiko、Yamamura Tomoo
  • Journal Title: Progress in Nuclear Science and Technology Volume: 5 Issue: 0 Pages: 157-160
  • DOI: 10.15669/pnst.5.157
  • ISSN: 2185-4823
  • Year and Date: 2018-11-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] How the Electronic Structure in URu2Si2 Changes with Temperature: A High-Resolution Compton Scattering Study (2018)
  • Author(s): Akihisa Koizumi, Yasunori Kubo, Gaku Motoyama, Tomoo Yamamura, and Yoshiharu Sakurai
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 87 Issue: 6 Pages: 064703-064703
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.064703
  • NAID: 210000134867
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ce3TiBi5における電流誘起磁化の異方性の研究 II (2020)
  • Author(s): 篠﨑真碩, 本山岳, 山口明, 田中徹, 西郡至誠, 武藤哲也, 藤原賢二, 三好清貴, 住山昭彦
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] 強磁性超伝導体UGe2における交流磁束侵入 (2020)
  • Author(s): 山口明, 田中博之, 本山岳, 小倉淳嗣, 川崎郁斗, 住山昭彦, 山村朝雄, 白崎謙次
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Ce3TiBi5における電流誘起磁化の異方性の研究 (2019)
  • Author(s): 篠﨑真碩, 本山岳, 武藤哲也, 西郡至誠, 山口明, 藤原賢二, 三好清貴, 住山昭彦
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] 重い電子系反強磁性体Ce3TiBi5の温度－圧力磁気相図 (2019)
  • Author(s): 坪内将紘, 本山岳, 三好清貴, 郷地順, 西郡至誠, 藤原賢二, 武藤哲也, 上床美也
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] 点接合分光測定によるCeCoIn5 の超伝導ギャップの圧力依存性の研究II (2019)
  • Author(s): 國中柾希, 本山岳, 武藤哲也, 西郡至誠, 三好清貴, 藤原賢二, 住山昭彦, 山口明
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] UGe2の超伝導転移温度近傍における電気抵抗の磁場依存性 (2019)
  • Author(s): 山口明, 小谷朋也, 本山岳, 小倉淳嗣, 川崎郁斗, 住山昭彦, 山村朝雄, 白崎謙次, 郷地順, 芳賀芳範
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Point contact spectroscopic study of the pressure dependence of the superconducting gap on Sn metal (2019)
  • Author(s): M. Kuninaka, G. Motoyama, M. Adachi, T. Mutou, S. Nishigori, K. Miyoshi and K. Fujiwara
  • Organizer: Spectroscopies in Novel Superconductors 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetoelectric effect in antiferromagnetic ordered state of Ce3TiBi5 with Ce zig-zag chains (2019)
  • Author(s): Gaku Motoyama
  • Organizer: J-Physics 2019 International Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Magnetic properties of new antiferromagnetic compound of Ce3ZrBi5 (2019)
  • Author(s): Gaku Motoyama, Masahiro Shinozaki, Masahiro Tsubouchi, Masaki Kuninaka, Shijo Nishigori, Kiyotaka Miyoshi, Kenji Fujiwara, Jun Gouchi, Yoshiya Uwatoko
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Point contact spectroscopic study for pressure dependence of superconducting gap on CeCoIn5 (2019)
  • Author(s): Masaki Kuninaka, Gaku Motoyama, Tetsuya Mutou, Shijo Nishigori, Kiyotaka Miyoshi, Kenji Fujiwara, Akira Yamaguchi, Akihiro Sumiyama
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temperature-Pressure magnetic phase diagram of Ce3TiBi5 (2019)
  • Author(s): Masahiro Tsubouchi, Gaku Motoyama, Kiyotaka Miyoshi, Jun Gouchi, Shijo Nishigori, Kenji Fujiwara, Tetsuya Mutou, Yoshiya Uwatoko
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Current Induced Magnetization on Metallic Antiferromagnet Ce3TiBi5 (2019)
  • Author(s): Masahiro Shinozaki, Gaku Motoyama, Tetsuya Mutou, Shijo Nishigori, Akira Yamaguchi, Kenji Fujiwara, Kiyotaka Miyoshi, Akihiko Sumiyama
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 強磁性超伝導体UGe2の自己誘起磁束状態における臨界電流密度 (2019)
  • Author(s): 小谷朋也, 山口明, 小倉淳嗣, 川崎郁斗, 住山昭彦, 本山岳, 山村朝雄, 郷地順, 芳賀芳範
  • Organizer: 日本物理学会２０１９年春季大会
• [Presentation] Ce3TiBi5におけるホール素子を用いた電流誘起磁化現象の探索 (2019)
  • Author(s): 本山岳, 篠﨑真碩, 坪内将紘, 國中柾希, 山口明, 武藤哲也, 西郡至誠, 三好清貴, 藤原賢二
  • Organizer: 日本物理学会２０１９年春季大会
• [Presentation] Ceジグザグ鎖構造を持つCe3TiBi5における電流誘起磁化現象の探索II (2019)
  • Author(s): 篠﨑真碩, 本山岳, 武藤哲也, 藤原賢二, 山口明, 西郡至誠, 三好清貴
  • Organizer: 日本物理学会２０１９年春季大会
• [Presentation] 重い電子系反強磁性体Ce3TiBi5の圧力下比熱測定 (2019)
  • Author(s): 坪内将紘, 本山岳, 三好清貴, 郷地順, 西郡至誠, 藤原賢二, 武藤哲也, 上床美也
  • Organizer: 日本物理学会２０１９年春季大会
• [Presentation] 点接合分光測定によるCeCoIn5の超伝導ギャップの圧力依存性 (2019)
  • Author(s): 國中柾希, 本山岳, 足立学, 武藤哲也, 西郡至誠, 三好清貴, 藤原賢二
  • Organizer: 日本物理学会２０１９年春季大会
• [Presentation] Ce3TiBi5 における電流誘起磁化成分の電流依存性および磁場依存性 (2019)
  • Author(s): 本山 岳
  • Organizer: J-Physics:多極子伝導系の物理 トピカルミーティング「拡張多極子研究の進展と展望」
• [Presentation] FeSe純良単結晶の圧力下電気抵抗測定 (2018)
  • Author(s): 塩田篤史, 加藤駿一, 三好清貴, 本山岳, 藤原賢二
  • Organizer: 日本物理学会２０１８年秋季大会
• [Presentation] 高圧下磁化測定による反強磁性ウラン化合物U3TiBi9の2段転移観測 (2018)
  • Author(s): 小内貴祥, 山口明, 本山岳, 芳賀芳範, 山村朝雄, 川崎郁斗, 住山昭彦
  • Organizer: 日本物理学会２０１８年秋季大会
• [Presentation] 臨界状態モデルによる強磁性超伝導体UGe2の交流磁場応答解析 (2018)
  • Author(s): 山口明, 田中博之, 小谷朋也, 本山岳, 川崎郁斗, 住山昭彦, 山村朝雄
  • Organizer: 日本物理学会２０１８年秋季大会
• [Presentation] 高圧・強磁場下におけるCe化合物のNMR-II (2018)
  • Author(s): 藤原賢二, 大谷篤, 本山岳, 三好清貴, 西郡至誠
  • Organizer: 日本物理学会２０１８年秋季大会
• [Presentation] 重い電子系超伝導体CeCoIn5の圧力下点接合分光測定 (2018)
  • Author(s): 國中柾希, 本山岳, 足立学, 武藤哲也, 西郡至誠, 三好清貴, 藤原賢二
  • Organizer: 日本物理学会２０１８年秋季大会
• [Presentation] 重い電子系反強磁性体Ce3TiBi5の超低温下比熱測定 (2018)
  • Author(s): 坪内将紘, 本山岳, 三好清貴, 藤原賢二, 武藤哲也, 西郡至誠, 上床美也, 郷地順
  • Organizer: 日本物理学会２０１８年秋季大会
• [Presentation] Ceジグザグ鎖構造を持つCe3TiBi5における電流誘起磁化現象の探索 (2018)
  • Author(s): 篠崎真碩, 本山岳, 武藤哲也, 西郡至誠, 三好清貴, 藤原賢二
  • Organizer: 日本物理学会２０１８年秋季大会
• [Presentation] 反強磁性ウラン化合物U3TiBi9の2段転移 (2018)
  • Author(s): 山口 明，本山 岳，小内貴祥，芳賀芳範，山村朝雄，川崎郁斗，住山昭彦
  • Organizer: 第12回 物性科学領域横断研究会（領域合同研究会）
• [Presentation] Ceジグザグ鎖構造を有するCe3TiBi5 における電流誘起磁化 (2018)
  • Author(s): 篠﨑 真碩, 本山 岳, 武藤 哲也, 西郡 至誠A, 三好 清貴, 藤原 賢二
  • Organizer: 第12回 物性科学領域横断研究会（領域合同研究会）
• [Presentation] RE3TiBi5(RE = La, Ce, Nd, Sm)の結晶構造解析およびCe3TiBi5 探索時におけるアイデア (2018)
  • Author(s): 本山 岳，篠﨑 真碩，坪内 将紘，郷地 順，上床 美也
  • Organizer: J-Physics:多極子伝導系の物理 トピカルミーティング「ものづくりシリーズ第３回「物質探索最前線」」
  • Invited
• [Presentation] Ceジグザグ鎖構造を持つCe3TiBi5およびその周辺物質における電流誘起磁化現象の探索 (2018)
  • Author(s): 本山 岳、藤原賢二、西郡至誠、武藤哲也、三好清貴、山口 明、郷地 順、芳賀芳範、川崎郁斗、住山昭彦、上床 美也、山村朝雄
  • Organizer: J-Physics:多極子伝導系の物理 トピカルミーティング「平成30年度領域全体会議」