価数揺動ハイパーマテリアルの量子臨界現象

• Project Area: Hypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space
• Project/Area Number: 22H04591
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 井村 敬一郎 名古屋大学, 教養教育院, 講師 (10444374)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 準結晶 / 価数揺動 / 量子臨界現象 / 近似結晶

Outline of Research at the Start

価数揺動ハイパーマテリアルの量子臨界現象の起源の解明の為には、臨界現象が見られる磁気的特性（磁化率）の観測と、オーダーパラメーターとなり得るYb価数の精密測定を両軸として行うことが必要不可欠である。特に、準結晶・2/1近似結晶・1/1近似結晶相を持つZn-Au-Yb系に着目し、外部圧力、温度、周期性・準周期性の違い、近似度、組成比をチューニングパラメータとして、価数転移を含む相図（熱力学特性）の作成に取り組む。

Outline of Annual Research Achievements

2023年度は、Yb系価数揺動ハイパーマテリアルにおける電子状態と磁気特性の研究を中心に行った。特にAu-Al-Yb 1/1近似結晶やZn-Au-Yb1/1近似結晶、2/1近似結晶に着目し、結晶合成、磁化率測定、およびSPring-8 BL12XUを利用したYb価数の圧力依存性の測定を行った。
試料合成の結果、従来の試料において見られた不純物相の混入は見られなくなった。これにより、低温における磁化率の本質的効果を見ることができ、Zn-Au-Yb 1/1ACと2/1ACにおいては、磁化率の絶対値・温度依存性に明確な違いは無く、いずれの系もAu-Al-Ybにおいて見られる冪的発散は見られないことが明らかになった。
一方、価数測定によると、これらの3つの系は、それぞれ特徴の異なる圧力依存性を示す事が明らかとなった。Au-Al-Yb 1/1近似結晶は、臨界圧力2 GPaにおいて、価数の圧力係数が発散的に増加する異常を観測した。これは、従来の組成変化による実験結果や、理論計算とも定性的一致を示し、臨界圧力において価数量子臨界点を通過すること示している。一方、Zn-Au-Yb 1/1近似結晶においては、臨界圧力4.5 GPa近傍において不連続的な価数変化（一次相転移）を見出した。また、Zn-Au-Yb 2/1近似結晶においては、価数異常が明瞭に見られなくなる事を見出した。これらの結果に対し、臨界価数揺動モデルに基づいた解析を行い、論文発表を行った。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Current-Induced Metallization and Valence Transition in Black SmS (2024)
  • Author(s): Kimura Shin-ichi、Watanabe Hiroshi、Tatsukawa Shingo、Nakamura Takuto、Imura Keiichiro、Suzuki Hiroyuki S.、Sato Noriaki K.
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 93 Issue: 1 Pages: 013701-013701
  • DOI: 10.7566/jpsj.93.013701
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Variation of Pressure-Induced Valence Transition with Approximation Degree in Yb-Based Quasicrystalline Approximants (2023)
  • Author(s): Imura Keiichiro、Yoneyama Yuki、Ando Hideyuki、Kabeya Noriyuki、Yamaoka Hitoshi、Hiraoka Nozomu、Ishii Hirofumi、Ishimasa Tsutomu、Sato Noriaki K.
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 92 Issue: 9 Pages: 093701-093701
  • DOI: 10.7566/jpsj.92.093701
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhanced magnetic modulation at a border of magnetic ordering in La1-xSrxMnO3/BaTiO3(100) heterostructure (2023)
  • Author(s): Imura Keiichiro、Ishikawa Shota、Komori Sachio、Taniyama Tomoyasu
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 122 Issue: 20 Pages: 202402-202402
  • DOI: 10.1063/5.0150917
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improved Active-dummy Technique with Strain Gauges for Low-temperature Thermal Expansion Measurement (2023)
  • Author(s): Imura Keiichiro、Kabeya Noriyuki、Nishi Yusuke、Takahashi Misato、Sato Noriaki K.
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 38 Pages: 011194-011194
  • DOI: 10.7566/jpscp.38.011194
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interlayer coupling-dependent magnetoelastic response in synthetic antiferromagnets (2023)
  • Author(s): Hisada Yuichi、Komori Sachio、Imura Keiichiro、Taniyama Tomoyasu
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 122 Issue: 22 Pages: 222402-222402
  • DOI: 10.1063/5.0151832
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controllable Perpendicular Magnetic Anisotropy in Fe/FeRh Heterostructures Probed by Ferromagnetic Resonance (2023)
  • Author(s): Omura Hiroki、Komori Sachio、Arai Shigeo、Yoda Kahoru、Imura Keiichiro、Taniyama Tomoyasu
  • Journal Title: Physical Review Applied Volume: 19 Issue: 6 Pages: 064077-064077
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.19.064077
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermoelectric power of mixed-valence golden-SmS under pressure (2023)
  • Author(s): Keiichiro Imura, Yuki Ikeo, Kazuhiko Sakamoto, Shinjirou Yokota, and Noriaki K. Sato
  • Journal Title: New Physics: Sae Mulli Volume: 73 Issue: 12 Pages: 1094-1094
  • DOI: 10.3938/npsm.73.1094
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface valence transition in SmS by alkali metal adsorption (2023)
  • Author(s): Nakamura Takuto、Nakaya Toru、Ohtsubo Yoshiyuki、Sugihara Hiroki、Tanaka Kiyohisa、Yukawa Ryu、Kitamura Miho、Kumigashira Hiroshi、Imura Keiichiro、Suzuki Hiroyuki S.、Sato Noriaki K.、Kimura Shin-ichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Issue: 4 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.l041102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Valence-Fluctuation and Non-Fermi-Liquid Behaviors in Yb-Based Quasicrystals/Approximant Crystals and SmS (2022)
  • Author(s): IMURA Keiichiro、SATO Noriaki
  • Journal Title: The Review of High Pressure Science and Technology Volume: 32 Issue: 1 Pages: 12-19
  • DOI: 10.4131/jshpreview.32.12
  • ISSN: 0917-639X, 1348-1940
  • Year and Date: 2022-03-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Electron Correlation and Geometrical Frustration on Magnetism of Icosahedral Quasicrystals and Approximants ? An Attempt to Bridge the Gap between Quasicrystals and Heavy Fermions (2022)
  • Author(s): Sato Noriaki K.、Ishimasa Tsutomu、Deguchi Kazuhiko、Imura Keiichiro
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 91 Issue: 7 Pages: 072001-072001
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.072001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Yb系準結晶・近似結晶における価数揺らぎと量子臨界現 (2024)
  • Author(s): 井村敬一郎
  • Organizer: 第99回SPring-8先端利用技術ワークショップ「X線発光分光・高エネルギー分解能XAFS分光による電子状態研究」
  • Invited
• [Presentation] 価数揺動ハイパーマテリアルの量子臨界現象 (2024)
  • Author(s): 井村敬一郎
  • Organizer: 新学術領域研究ハイパーマテリアル第11回領域会議
• [Presentation] Yb系近似結晶Au-Al-YbおよびZn-Au-Ybにおける圧力誘起価数転移 (2023)
  • Author(s): 井村敬一郎、米山祐樹、安藤秀行、壁谷典幸、山岡人志、平岡望、石井啓文、石政勉、佐藤憲昭
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
• [Presentation] (Au,Cu)-Ga-Yb系準結晶・近似結晶のYbの価数変化と低温磁性 (2023)
  • Author(s): 榊原佑弥，井村敬一郎，山岡人志，平岡望，石井啓文，桑野太郎，谷口博基，出口和彦
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
• [Presentation] Yb系近似結晶における圧力誘起価数転移 (2023)
  • Author(s): 井村敬一郎
  • Organizer: 新学術領域研究ハイパーマテリアル第10回領域会議
• [Presentation] Crossover from Quantum-Critical to Mixed-Valence Regime in Au-Al-Yb 1/1 approximant crystals (2022)
  • Author(s): 井村 敬一郎
  • Organizer: 新学術領域研究ハイパーマテリアル第9回領域会議
• [Presentation] Au_x_Al_86-x_Yb_14_近似結晶における電子状態と磁気特性 (2022)
  • Author(s): 井村敬一郎, 米山祐樹, 横田晋次郞, 坂本和司, 出口和彦, 山岡人志, 平岡望, 石井啓文, 佐藤憲昭
  • Organizer: 日本物理学会 2022年秋期大会
• [Presentation] 価数揺動ハイパーマテリアルの量子臨界現象 (2022)
  • Author(s): 井村敬一郎
  • Organizer: 新学術領域研究ハイパーマテリアル第8回領域会議