2022 Fiscal Year Annual Research Report
Physics of hypermaterials and the search for hidden orders
| Project Area | Hypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space |
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19H05821
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
出口 和彦 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (40397584)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 真 中央大学, 理工学部, 教授 (00360610)
枝川 圭一 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (20223654)
橋爪 洋一郎 東京理科大学, 教養教育研究院北海道・長万部キャンパス教養部, 准教授 (50711610)
杉本 貴則 大阪大学, 量子情報・量子生命研究センター, 特任准教授(常勤) (70735662)
古賀 昌久 東京工業大学, 理学院, 准教授 (90335373)
高際 良樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, グループリーダー (90549594)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | ハイパーマテリアル / 準結晶 / 近似結晶 / 高次元 / 補空間 / 磁性 / 超伝導 / フェイゾン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 格子物性：フェイゾンに着目した補空間自由度の観測
高温域でDulong-Petitの値から大きくはずれる比熱異常が存在することが明らかになったAl-Pd-Mn準結晶について、高温域における比熱上昇が補空間の自由度に結び付いたフェイゾン弾性に関連して生じている可能性を調べた。具体的にはフォノン－フェイゾン結合弾性についても実験を行い、確かにフェイゾンの寄与が重要であることが明らかになった。また、J-PARCにおける中性子非弾性散乱実験で、準結晶のフォノンに特有な擬ギャップ構造の存在を示唆する結果が得られた。
2. 電子状態と超伝導：物理空間から物性への新しいアプローチの端緒
超伝導については新たにAu-Ge-La近似結晶で超伝導を発見し、準結晶・近似結晶の物質系ではじめての非従来型超伝導が発現している可能性が高いことが明らかになった。また、２次元系のファンデルワールス層状Ta-Te準結晶で超伝導を発見した。この発見は、未解明の準結晶超伝導の発現機構の解明につながるものと期待される。準結晶の電子状態の新しいアプローチとしてハイパーユニフォーミティの観点から電子状態を調べる理論研究が新たにスタートした。補空間と相補的で実験からもアクセスが容易な物理空間からのアプローチとして期待されている。
3. 量子臨界現象と磁性：準結晶の磁性の基礎に関する研究の進展
蔡型クラスターをもつ準結晶における強磁性の長距離磁気秩序の発見を受けて、準結晶の磁性の基礎に関する研究の進展した。平均価電子数(e/a)による磁性の制御と磁気秩序状態について、近似結晶に着目して実験と理論で集中的な研究を行い、結晶場と磁気秩序状態についてコンセンサスが得られるようになった。また、量子臨界現象を示す新しい4元系の準結晶・近似結晶の開発に成功し、Yb系準結晶の非従来型量子臨界現象がAl系以外でも発現することを発見した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
準結晶や近似結晶など、補空間を含む高次元空間で統一的に記述されるハイパーマテリアルは、その高次元性に起因して「補空間」という 実空間と直交する隠れた空間の構造自由度を有する特徴がある。高温域でDulong-Petitの値から大きくはずれる比熱異常が存在することが明らかになったAl-Pd-Mn準結晶について、高温域における比熱上昇が補空間の自由度に結び付いたフェイゾン弾性に関連して生じている可能性を調べた。具体的にはフォノン－フェイゾン結合弾性についても実験を行い、確かにフェイゾンの寄与が重要であることが明らかになった。また、J-PARCにおける中性子非弾性散乱実験で、準結晶のフォノンに特有な擬ギャップ構造の存在を示唆する結果が得られた。新たにAu-Ge-La近似結晶で超伝導を発見し、準結晶・近似結晶の物質系ではじめての非従来型超伝導が発現している可能性が高いことが明らかになった。また、２次元系のファンデルワールス層状Ta-Te準結晶で超伝導を発見した。この発見は、未解明の準結晶超伝導の発現機構の解明につながるものと期待される。準結晶の電子状態の新しいアプローチとしてハイパーユニフォーミティの観点から電子状態を調べる理論研究が新たにスタートした。Ybを含むTsai型のクラスター構造をもつ新しい4元系の準結晶・近似結晶の開発に成功し、Yb系準結晶の非従来型量子臨界現象がAl系以外でも発現することを発見した。また、中性子弾性散乱の実験から正20面体準結晶とその近似結晶の多様な磁気秩序状態の存在が明らかになり、非弾性散乱の実験から結晶場の解析や磁気励起の観測が可能になった。以上のことから、研究計画は進捗していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ハイパーマテリアルに特徴的な磁性・超伝導・量子臨界状態、熱電物性、格子物性、輸送現象を中心に据え、補空間に潜む法則性（hidden order）と補空間ダイナミクス・低エネルギー励起について下記のように役割分担して、理論・実験の双方から研究を行う。
①磁性（実験：出口、理論：古賀、杉本、橋爪、中村）：磁性・格子物性についてダイナミクス・低エネルギー励起に関する研究をA02班の松浦直人主任研究員(J-PARC CROSS：中性子散乱実験)と共同で中性子非弾性散乱の実験を進める。準結晶の電子状態の新しいアプローチとしてハイパーユニフォーミティの観点から電子状態を調べる新たな理論研究を進めて、結晶とは異なる準結晶の物性とその起源について理論的な探求を進める。
②格子物性（実験：枝川、理論：中村）：A03班と協力してで異常高温比熱（余剰エントロピー）を観測する実験と分子動力学シミュレーションを組み合わせて、準結晶の高温域における比熱上昇が高次元の補空間の自由度との関係を調べる。フォノン－フェイゾン結合弾性に関して、単準結晶・一軸圧縮・X線回折を組み合わせた実験によりフェイゾン歪、結合弾性定数を調べる。A02班と共同で中性子非弾性散乱の実験を進め、準結晶のフォノンの分散関係の構造を詳細に調べる。準結晶に特徴的な格子物性について、音響フォノン＋拡散モードとしてのフェイゾン(ギャップレスモード)に着目して研究を進める。
③輸送現象（実験：出口、枝川、理論：杉本）：超伝導ハイパーマテリアルについてA03班・A01班と連携して、新物質・新超伝導体探索を進める。また、正20面体準結晶に加えて正12角形準結晶についても純良準結晶・近似結晶の作製と準結晶や関連の近似結晶および新規金属間化合物の探索を進める。
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[Presentation] Observation of a critical charge mode in a strange metal2023
Author(s)
H. Kobayashi, Y. Sakaguchi, H. Kitagawa, M. Oura, S. Ikeda, K. Kuga, S. Suzuki, S. Nakatsuji, R. Masuda, Y. Kobayashi, M. Seto, Y. Yoda, K. Tamasaku, Y. Komijani, P. Chandra, P. Coleman
Organizer
International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] 価数揺動物質 Au-Al-Yb 1/1 近似結晶の高圧力下放射光 174Yb メスバウアー分光2023
Author(s)
木下勇海, 永澤延元, 池田修悟, 河智史朗, 増田 亮, 依田芳卓, 中村優貴, 榊原祐弥, 米山祐樹, 横尾恭真, 金井辰也, 出口和彦, 小林寿夫
Organizer
第78回日本物理学会 年次大会
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[Presentation] Elastic properties of Au-Al-R (R=Yb, Lu) quasicrystals and 1/1 approximants2023
Author(s)
Yuichi Nemoto, Yuma Kobayashi, Shuntaro Takada, Mitsuhiro Akatsu, Kyoma Yoko, Kazuhiko Deguchi, Noriaki K. Sato
Organizer
International Conference on Complex Orders in Condensed Matter:aperiodic order, local order, electronic order, hidden order
Int'l Joint Research
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[Presentation] Magnetic excitations in the quasicrystal approximant Au70Al16Tb142023
Author(s)
Kazuhiro Nawa, Masato Matsuura, Kazuhiko Deguchi, Asuka Ishikawa, Ryoichi Kajimoto, Kazuhiko Ikeuchi, Shintaro Suzuki, Ryuji Tamura
Organizer
International Conference on Complex Orders in Condensed Matter:aperiodic order, local order, electronic order, hidden order
Int'l Joint Research
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[Presentation] 価数揺動物質Au-Al-Yb 1/1 近似結晶の高圧力下放射光174Ybメスバウアー分光2023
Author(s)
木下勇海, 永澤延元, 池田修悟, 河智史朗, 増田亮, 依田芳卓, 中村優貴, 榊原祐弥, 米山祐樹, 横尾恭真, 金井辰也, 出口和彦, 小林寿夫
Organizer
日本物理学会
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[Presentation] X線分光によるAu-Al-Yb準結晶・近似結晶の電子状態の研究2023
Author(s)
下岡快晟, 田村浩太郎, 後藤田将史, 浜原健太, 篠塚知輝, 保井晃, 河村直己, 水牧仁一朗, 雀部矩正, 金井辰也, 出口和彦, 三村功次郎
Organizer
日本物理学会
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[Presentation] 価数揺動物質Au-Al-Yb 1/1 近似結晶の高圧力下放射光174Ybメスバウアー分光II2023
Author(s)
木下勇海, 永澤延元, 池田修悟, 河智史朗, 増田亮, 依田芳卓, 中村優貴, 榊原祐弥, 米山祐樹, 横尾恭真, 金井辰也, 出口和彦, 小林寿夫
Organizer
日本物理学会
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[Presentation] 化学的ディスオーダーのない強相関Cd-Ce近似結晶の価電子帯光電子分光2023
Author(s)
野末悟郎, 堤美和, 榎本彬人, 鳥井優杜, 水上昂紀, 藤原秀紀, 木須孝幸, 東谷篤志, 山崎篤志, 今田真, 濵本諭, 大浦正樹B 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, Farid Labib, 鈴木慎太郎, 田村隆治, 関山明
Organizer
日本物理学会第78回年次大会
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[Presentation] Hard and Soft X-ray Photoemission Study of the Au-Ga-Ce and Cd-Ce Quasicrystalline Approximants（ポスター発表）2022
Author(s)
Goro Nozue, A. Ose, M. Tsutsumi, H. Hashizume, H. Fujiwara, T. Kiss, S. Hamamoto, M. Oura, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, A. Higashiya, A. Yamasaki, S. Imada, A. Motouri, F. Labib, S.Suzuki, R. Tamura, A. Sekiyama
Organizer
第1回領域国際会議(Aperiodic2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 光電子線二色性による強相関Cd-Ce近似結晶のバルク電子構造2022
Author(s)
野末悟郎, 尾瀬朱音, 堤美和, 橋爪快人, 藤原秀紀, 木須孝幸, 濵本諭, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 山崎篤志, 今田真, Farid Labib, 元売明瑞紗, 鈴木慎太郎, 田村隆治, 関山明
Organizer
日本物理学会2022年秋季大会
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