2018 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | J-Physics: Physics of conductive multipole systems |
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| Project/Area Number |
15H05883
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中辻 知 東京大学, 物性研究所, 教授 (70362431)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 通人 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (10596547)
小林 寿夫 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 教授 (40250675)
榊原 俊郎 東京大学, 物性研究所, 教授 (70162287)
中西 良樹 岩手大学, 理工学部, 准教授 (70322964)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | J-Physics / 局在多極子 / 価数揺動 / 多極子近藤効果 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ワイル反強磁性体Mn3Snの純良薄膜の育成に成功し、クラスター磁気八極子による異常ホール効果が現れることを確認した。今後、スピントロニクスや熱電分野においても波及効果のある重要な成果である（中辻）。ノンコリニア反強磁性体の磁壁の運動やスピンダイナミクスをクラスター多極子を使って記述する方法を開発し、Mn3Snに適用した。クラスター多極子を使うと解析解がえられ、数値解と高い精度で一致する結果が得られる（有田）。低温・高圧力下174Yb放射光メスバウアー分光測定手法を立ち上げ、Yb4f電子状態を直接観測することに成功した。その結果、beta-YbAlB4 の常圧力下で観測されていた低エネルギーの臨界電荷モードとその発散現象が、異常金属相でのみ存在することが明らかとなった（小林）。四極子近藤物質PrV2Al20において、磁歪の測定から磁気八極子秩序が低温、低磁場において出現することを明らかにした（中辻）。Γ3非クラマース二重項が有する四重極モーメント由来の量子臨界現象をPrV2Al20の弾性特性で見出し、その臨界性が磁場で制御できることを実験的に明らかにした（中西）。KEK-PF で行った PrT2Al20 (T = Ti, V) の精密結晶構造解析結果を論文に纏め報告した。T = Ti と V で籠形状の歪に定量的な差異が見られた。この構造情報をもとにPrV2Al20の結晶場分裂を予想することができた（佐藤）。多極子の概念を一般化することで強磁性・反強磁性構造を系統的に分類する方法論を考案し、磁性体に特有の物性との関係を明らかにすることで、反強磁性体のマクロ物性に関する理解を大きく深めることができた（鈴木）。カイラル磁性体EuPtSiの角度分解磁化測定を行い、Ａ相（スカーミオン相）が出現する磁場方向を特定した。等方的なスカーミオン物質であるMnSiと比べて大きく異なり、EuPtSiにおけるスカーミオン形成機構の解明にとって重要な情報である（榊原）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
反強磁性体において、初めて異常ホール効果を示したMn3Snにおいて、薄膜化に成功し、さらには、新しいタイプのスピンホール効果を見出すなど、スピントロニクスの分野においても多極子の物理現象が大きな波及効果を示しつつある（中辻）。反強磁性体における磁壁の運動については、Walker breakdownがなく、きわめて高速になるなどの予想がされていたが単純なコリニア反強磁性体の場合、実験的に観測する手段がない。ノンコリニア反強磁性の場合はMn3Snなどのようにホール電場やカー回転角で観測できるが、ユニットセル中にスピンが多数あるため解析手段がなかった。本研究はこれらの問題を初めて解決するものであり、多極子の動的なダイナミクスの理解に重要であるだけでなく、スピントロニクス分野においても重要な発見である（有田）。国内外で初めて低温・高圧力下174Yb放射光メスバウアー分光測定に成功し、低温・高圧下の超微細相互作用を通してYb4f電子状態、特に臨界電荷モードの直接観測が可能であることを示した（小林）。磁気励起スペクトルの予想外の幅広さにより通常の結晶場解析が使用できず T = V 系の磁気励起解析に時間がかかっていたが、精密結晶構造解析結果を併用することで目処がたった。（佐藤）多極子の概念を応用した反強磁性体の系統的な記述手法に関する論文執筆を終えて投稿した他、希土類化合物の第一原理計算手法開発でも一定の進展が得られた。（鈴木）EuPtSiでは秩序変数の揺らぎによってヘリ磁性転移が１次転移になる可能性が指摘されていたが、詳細な磁化測定の結果、三重臨界点が見つかり、１次転移が確定的になった。また、この揺らぎで誘起される１次転移はスカーミオン相の出現と密接な関係があることがわかり、この物質の理解は一段と進んでいる。（榊原）
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| Strategy for Future Research Activity |
Mn3Snの磁気励起がクラスター多極子のダイナミクスとして記述できるのかどうかについて、時間分解カー効果や中性子非弾性散乱実験などを通じて検討する（中辻）。クラスター多極子による分類で反強磁性体を網羅的に調べ、Mn3Snに匹敵する反強磁性体を探索し、開発した手法でそのスピンダイナミクスを解析する（有田）。多重極限環境（低温・高磁場・高圧力）下174Yb放射光メスバウー分光法を用いて、beta- alpha-YBAlB4 を中心としたYb4f電子状態の低温・圧力・磁場依存性を纏める（小林）。本年度、EuPtSiを中心としたカイラル磁性体の超音波計測による弾性特性の研究を実施予定である。特に本系で出現する磁場誘起A相（スキルミオン相）の弾性特性の研究を実施し、カイラル性と弾性歪み、特に歪み回転効果とカイラル性に関する特別な弾性異常の有無について理解を深める予定である（中西）。最終年度では精密結晶構造に基づく磁気励起解析を完成させ論文出版する。また、この磁気励起解析で得られる結晶場波動関数をもとに偏極中性子実験を行うことで、T = V の系における多極子秩序変数を決定する（佐藤）。これまでの研究で確立した強磁性・反強磁性の多極子による系統的な分類手法を第一原理計算と組み合わせ、安定磁気構造を予測する理論手法の開発を目指す。また、希土類・アクチナイド化合物に対する高精度な第一原理計算手法の開発に取り組み、第一原理計算による物性予測能力の向上を図る（鈴木）。引き続き、EuPtSiの磁気相図、特にA相について主として磁化測定により研究を行い、成果をまとめて２編の論文として公表する。また、ごく最近超伝導転移の見つかったUTe2について、B01班と共同で極低温の磁化測定を行い、磁気異方性と上部臨界磁場の異方性との関係について調べる（榊原）。
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[Journal Article] Quantum valence criticality in a correlated metal2018
Author(s)
Kuga K、Matsumoto Y、Okawa M、Suzuki S、Tomita T、Sone K、Shimura Y、Sakakibara T、Nishio-Hamane D、Karaki Y、Takata Y、Matsunami M、Eguchi R、Taguchi M、Chainani A、Shin S、Tamasaku K、Nishino Y、Yabashi M、Ishikawa T、Nakatsuji S
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Journal Title
Science Advances
Volume: 4
Pages: eaao3547
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] X-Ray Absorption Spectroscopy of 4f Compounds and Future Directions Toward Time-resolved Measurements2018
Author(s)
H. Wadati, K. Takubo, T. Tsuyama, Y. Yokoyama, K. Yamamoto, Y. Hirata, T. Ina, K. Nitta, M. Mizumaki, T. Togashi, S. Suzuki, Y. Matsumoto and S. Nakatsuji
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Journal Title
Adv. X-Ray. Chem. Anal., Japan
Volume: 49
Pages: 169
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Bi-richなBi-2212単結晶の輸送特性III2019
Author(s)
渡辺孝夫, 川村圭輔, 山口隼平, 佐々木菜絵, 藤井武則, 木村尚次郎, 谷口晴香, 中西良樹, 吉澤正人, 三宅厚志, 金道浩一, 巴山顕, 掛谷一弘
Organizer
日本物理学会第74回年次大会
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[Presentation] Ultrasonic measurements on the cage compound SmPt2Cd202018
Author(s)
K. Nakamura, S. Takahashi, J. Hasegawa, Y. Ohyama, Y. Nakanishi, M. Nakamura, M. Yoshizawa, A. Yamada, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki
Organizer
J-Physics：多極子伝導系の物理 平成30年度領域全体会議 後半キックオフ・ミーティング
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[Presentation] PbTeにおける“Diracness”の評価とその圧力依存性2018
Author(s)
秋葉和人, 三宅厚志, 酒井英明, 片山敬介, 村川寛, 花咲徳亮, 鷹岡貞夫, 中西良樹, 吉澤正人, 小林達生, 徳永将史
Organizer
日本物理学会（2018年秋季大会）
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[Presentation] 超音波計測による籠状物質SmPt2Cd20の低温秩序相と弾性特性2018
Author(s)
中村一翔, 高橋祥平, 長谷川潤弥, 大山雄輔, 中西良樹, 中村光輝, 吉澤正人, 山田瑛, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二
Organizer
日本物理学会（2018年秋季大会）
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[Presentation] Bi-richなBi-2212単結晶の輸送特性(II)2018
Author(s)
川村圭輔, 山口隼平, 佐々木菜絵, 藤井武則, 木村尚次郎, 谷口晴香, 中西良樹, 吉澤正人, 三宅厚志, 金道浩一, 渡辺孝夫
Organizer
日本物理学会（2018年秋季大会）
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[Presentation] アンダードープBi-2223の磁場中輸送特性2018
Author(s)
山口隼平, 佐々木菜絵, 川村圭輔, 足立伸太郎, 藤井武則, 木村尚次郎, 伊藤利充, 谷口晴香, 中西良樹, 吉澤正人, 三宅厚志, 金道浩一, 渡辺孝夫
Organizer
日本物理学会（2018年秋季大会）
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[Presentation] 圧力下超音波計測によるEuX2X2'化合物(X = Rh,X'= SiおよびX = X'= Al) の弾性特性2018
Author(s)
工藤慎也,中村一翔 ,川崎優介,今井丈,中村光輝,吉澤正人,大橋政司,大貫惇睦,仲村愛,光田暁弘,中西良樹
Organizer
第59回高圧討論会
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[Presentation] Towards identification of the superconducting gap structure of Sr2RuO4: evidence for a horizontal line node gap from field-angle dependence of its specific heat2018
Author(s)
S. Kittaka, S. Nakamura, T. Sakakibara, N. Kikugawa, T. Terashima, S. Uji, D.A. Sokolov, A. Mackenzie, K. Irie, Y. Tsutsumi, K. Suzuki and K. Machida
Organizer
ICM2018
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[Presentation] Thermodynamic study of Sr2RuO4: identification of the superconducting gap structure2018
Author(s)
S. Kittaka, S. Nakamura, T. Sakakibara, N. Kikugawa, T. Terashima, S. Uji, D. A. Sokolov, A. P. Mackenzie, K. Irie, Y. Tsutsumi, K. Suzuki, and K. Machida
Organizer
International Workshop on j-fermion Physics and Materials
Invited
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[Presentation] 擬カゴメ近藤格子化合物CeTSn (T=Rh, Ir)の磁気フラストレーションとLaIrSnの超伝導2018
Author(s)
津田研, 楊崇立, 志村恭通, 山根悠, 梅尾和則, 鬼丸孝博, 高畠敏郎, 福岡宏, 菊川直樹, 寺嶋太一, 廣瀬陽代, 宇治進也, 橘高俊一郎, 榊原俊郎
Organizer
日本物理学会2018年秋季大会
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