アニオン複合化と超高圧力印加による強相関電子物性の制御

• Project Area: Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities
• Project/Area Number: 19H04685
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 青山 拓也 東北大学, 理学研究科, 助教 (80757261)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 複合アニオン / 梯子型鉄系化合物 / ダイヤモンドアンビルセル / 強相関電子系 / 高圧力 / 超伝導 / 強相関電子物性 / 磁性 / 誘電性

Outline of Research at the Start

本研究では複合アニオン自由度を生かした磁気誘起極性伝導体， マルチフェロイクス， 超伝導体の探索を目的としている．梯子格子鉄系Mott絶縁体のBaFe2X3 (X:2価のアニオン)を対象として，本研究では磁気構造によって引き起こされる空間反転対称性の破れと超伝導性の関連について研究する．これまでにBaFe2S3およびBaFe2Se3が10万気圧程度の圧力下で超伝導転移を示すことが報告されているが，本研究では特に，BaFe2Se3において報告されているblock型の磁気構造が空間反転対称性を破り，極性を示すことに着目して研究を行う．

Outline of Annual Research Achievements

梯子型鉄系化合物BaFe2X3 (X = SおよびSe)は結晶構造の低次元性を反映して常圧下でモット絶縁体状態となる．また，鉄イオンに軌道自由度が存在することに加えて，圧力印加によってモットギャップを抑制することで超伝導を示すことから，鉄系超伝導体における軌道選択的電子相関効果の研究対象として注目されている．申請者は硫化物とセレン化物の基底状態における軌道・磁気状態が異なっていることに着目して，それらを複合アニオン下した物質における研究を実施した．これまでに二つの試料が完全固溶し，組成相境界が存在することを明らかにしている．2020年度はいくつかの組成の試料に対して赤外分光測定を行い，組成相境界を挟んで硫化物において低エネルギー側に存在したスペクトルウエイトがセレン化物側では高エネルギー側に移動することを明らかにした．軌道秩序パターンの違いが電荷ギャップの大きさに関連していることを指摘した．特定の組成の試料に対して圧力下電気抵抗率測定を実施し，圧力誘起の軌道スイッチングを観測した．

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Dichotomy Between Orbital and Magnetic Nematic Instabilities in BaFe2S3 (2020)
  • Author(s): S. Hosoi, T. Aoyama, K. Ishida, Y. Mizukami, K. Hashizume, S. Imaizumi, Y. Imai, K. Ohgushi, Y. Nambu, M. Kimata, S. Kimura, and T. Shibauchi
  • Journal Title: Phys. Rev. Res. Volume: 2 Issue: 4 Pages: 043293-043293
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.043293
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Successive magnetic transitions and spin structure in the two-leg ladder compound CsFe2Se3 observed by Cs133 and Se77 NMR (2020)
  • Author(s): Murase Mina、Okada Kaoru、Kobayashi Yoshiaki、Hirata Yasuyuki、Hashizume Kazuki、Aoyama Takuya、Ohgushi Kenya、Itoh Masayuki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Issue: 1 Pages: 014433-014433
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.014433
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural, electrical, magnetic, and optical properties of iron-based ladder compounds BaFe2(S1?xSex)3 (2020)
  • Author(s): Imaizumi Satoshi、Aoyama Takuya、Kimura Ryota、Sasaki Koya、Nambu Yusuke、Avdeev Maxim、Hirata Yasuyuki、Ikemoto Yuka、Moriwaki Taro、Imai Yoshinori、Ohgushi Kenya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Issue: 3 Pages: 035104-035104
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.035104
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-pressure synthesis of heavily hole-doped cuprates Mg1?xLixCu2O3 with quasi-one-dimensional structure (2020)
  • Author(s): Imai Yoshinori、Sasaki Koya、Aoyama Takuya、Shirasaki Kenji、Yamamura Tomoo、Ohgushi Kenya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 101 Issue: 24 Pages: 245112-245112
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.245112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polar state induced by block-type lattice distortions in BaFe2Se3 with quasi-one-dimensional ladder structure (2019)
  • Author(s): Takuya Aoyama, Satoshi Imaizumi, Takuya Togashi, Yoshifumi Sato, Kazuki Hashizume, Yusuke Nambu, Yasuyuki Hirata, Masakazu Matsubara, and Kenya Ohgushi
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 99 Issue: 24 Pages: 241109-241109
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.241109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrated lithium intercalation into the Kitaev spin liquid candidate material α?RuCl3 (2019)
  • Author(s): Imai Yoshinori、Konno Katsuya、Hasegawa Yoshinao、Aoyama Takuya、Ohgushi Kenya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 24 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.245141
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Semimetallic State in La3Ir3O11 with the KSbO3 Structure (2019)
  • Author(s): Aoyama Takuya、Emi Kazutoshi、Tabata Chihiro、Nambu Yusuke、Nakao Hironori、Yamauchi Touru、Ohgushi Kenya
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Issue: 9 Pages: 093706-093706
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.093706
  • NAID: 40022008722
  • Peer Reviewed
• [Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速スピンダイナミクス III (2021)
  • Author(s): 天野辰哉, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 若林裕助, 後藤貫太, 中村優斗, 岸田英夫, 米満 賢治, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 層状ハニカム構造を有する半金属RuI3の結晶構造と物性 (2021)
  • Author(s): 那波和宏, 今井良宗, 藤原秀行, 髙橋遼太郎, 萩原雅人, 鳥居周輝, 奥山大輔, 平岡巧, 山田和奏, 青山拓也, 後藤弘匡, 大串研也, 佐藤 卓
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Kitaevスピン液体候補物質RuX3 (X = Cl, Br, I)の配位子置換効果 (2021)
  • Author(s): 藤原秀行, 今井良宗, 山田和奏, 平岡巧, 青山拓也, 髙橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 川股隆行, 後藤弘匡, 加藤 雅恒, 佐藤卓, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 神田智弘, 池田修悟, 永澤延元, 今泉聖司, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 小林寿夫 (2021)
  • Author(s): 単結晶BaFe2X3(X=S, Se)の57Fe核共鳴前方散乱法による研究
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 梯子型鉄系化合物 BaFe2(S1-xSex)3における圧力下電気抵抗測定 -II (2020)
  • Author(s): 野島綸斗, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] ハニカム格子磁性体RuCl3の光電子分光 (2020)
  • Author(s): 角田卓弥, 島岩泰暉, 溝川貴司, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, N. Saini
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Kitaevスピン液体候補物質ルテニウムハライドの高圧合成 (2020)
  • Author(s): 今井良宗, 山田和奏, 藤原秀行, 青山拓也, 髙橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 川股隆行, 後藤弘匡, 加藤雅恒, 佐 藤卓, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Kitaev模型候補物質ルテニウムハライドの結晶構造と磁気構造 (2020)
  • Author(s): 高橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 今井良宗, 山田和奏, 藤原秀行, 青山拓也, 後藤弘匡, 大串研也, 佐藤卓
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 梯子型鉄系化合物 BaFe2X3 (X = S および Se) における圧力誘起軌道スイッチング (2020)
  • Author(s): 青山 拓也, 野島 綸人, 山内 徹, 今井 良宗, 大串 研也
  • Organizer: 高圧討論会
• [Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速スピンダイナミクス (2019)
  • Author(s): 天野辰哉, 赤嶺勇人, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 長谷川慶直, 佐々木宏也, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] NMRによる梯子型鉄系化合物CsFe2Se3の磁気構造と電子状態の研究 (2019)
  • Author(s): 村瀬美奈, 小林義明, 岡田薫, 伊藤正行, 平田靖透, 橋詰和樹, 青山拓也, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] RuCl3のスピン軌道結合状態 (2019)
  • Author(s): 角田卓弥, 島岩泰暉, 溝川貴司, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, N. Saini
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] ハニカム型イリジウム化合物A3LiIr2O6(A=Cu,Ag)の7Li核NMRとKitaev物理 (2019)
  • Author(s): 高木滋, 大澤博史, 青山拓也, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] ハニカム格子物質α-RuCl3の超高速光応答 II (2019)
  • Author(s): 天野辰哉, 赤嶺勇人, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 長谷川慶直, 佐々木宏也, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 空間反転対称性の破れた磁性体Ba1-xKxMn2As2の磁気輸送現象 (2019)
  • Author(s): 工藤真裕, 江見知俊, 青山拓也, 今井良宗, 木村尚次郎, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 単結晶BaFe2X3 (X=S,Se)の57Feメスバウアー分光法による研究 (2019)
  • Author(s): 冨田健史, 池田修悟, 今泉聖司, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 小林寿夫
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 擬一次元梯子型鉄系化合物BaFe2(Se1-xSx)3 の赤外分光 (2019)
  • Author(s): 木村遼太, 今泉聖司, 佐々木宏也, 池本夕佳A, 森脇太郎A, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会