2020 Fiscal Year Annual Research Report
Project Area | Physical Properties of Quantum Liquid Crystals |
Project/Area Number |
19H05826
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
小林 研介 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10302803)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸田 泰則 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00313106)
戸川 欣彦 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00415241)
石坂 香子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20376651)
岡崎 浩三 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40372528)
有馬 孝尚 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (90232066)
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Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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Keywords | 量子液晶 / 電子状態 / 素励起 / ナノサイエンス / 超高速光技術 |
Outline of Annual Research Achievements |
量子液晶の電子状態の制御を行い機能開発につなげるために種々の物質で測定を行うと同時に、実験手法の開発に取り組んだ。取り組んだ内容と成果の概要は以下の通りである。 岡﨑はネマティック電子状態を示す鉄系超伝導体Fe(Se,S)の超伝導状態における電子構造の研究を行い、SeをSで置換することでネマティック電子状態が抑制されるとともに、BCS超伝導からBEC超伝導にクロスオーバーすることを見出した。戸川は、応力下での電子線精密磁気構造解析法を開発し、キラルソリトン格子の引っ張り応力特性を解明した。また、極低温での電子顕微鏡観察を行い2次元スピン系物質K2CuF4においてBKT転移に由来する渦・反渦対形成を見出した。戸田は銅酸化物高温超伝導体の擬ギャップ電子状態に対して超高速時間分解分光を行い、空間不均一化に伴うギャップの発達と光励起電子緩和の高速化の系統的実証という成果を得た。小林は、磁場中における量子ドットの非線形微分伝導度を精密に解析し、量子液体に特有の三体相関を検出した。また、メゾスコピック系の高精度の非平衡電流ゆらぎ測定のためにGaAs高電子移動度トランジスタ(HEMT)を用いた極低温増幅器を開発した。石坂は三量体鎖構造を形成する量子液晶物質VTe2における電子構造の解明およびフォノンのイメージング計測を行い、三量体鎖の融解にともなうトポロジカル構造の変化や、異方的な音響フォノン生成の発見という成果を得た。有馬は共鳴X線散乱実験による4fおよび5d遷移元素化合物の秩序同定を行い、Ba2MgReO6における多極子秩序、GdRu2Si2におけるらせん-磁気スキルミオン格子-ファン逐次相転移、FeGeにおける一軸応力下の磁気ソリトン格子出現を明らかにした。
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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
下記のように活発な研究展開を行い、進展を見たことから(1)の判断に至った。 岡崎は鉄系超伝導体Fe(Se,S)においてネマティック電子状態が抑制されることでBEC超伝導が実現することを見出した。戸川はキラルスピン系の応力応答の解明や極低温電子顕微鏡を用いたBKT転移の直接観察に成功した。戸田は量子液晶に対する超高速光制御に向けた取り組みとして、元素置換銅酸化物高温超伝導体試料に対する超高速時間分解分光を実施し、空間不均一化が擬ギャップの発達と電子緩和の高速化に寄与することを時間ダイナミクスの観点から解明した。小林は、近藤状態における三体相関の理解が進展してきたこと、さらにはダイヤモンドNVセンタを用いた量子計測技術の開発で進展を見た。2020年度は、基本的な測定装置を整備でき高い精度が得られることがわかり、当初はより時間がかかると想定していた段階まで進めることができた。石坂は超高速時間分解電子顕微鏡によるフォノン計測に成功し、量子液晶物質が示す特徴的なダイナミクスを捉えることに成功した(2編の論文発表)。有馬は異なるトポロジーを有する磁気スキルミオンと磁気ソリトンの間の外場制御といった古典液晶と類似のスピン液晶状態の発見とその制御に成功した。
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Strategy for Future Research Activity |
岡﨑はネマティック電子状態を中赤外光で制御するために時間分解光電子分光において中赤外光をポンプ光に利用可能にする。戸川は、集束イオンビーム加工や電子線リソグラフィーなどによるナノ加工技術を用いて、スピンキラル系などのメゾスコピックデバイスを作製する。マイクロ波分光などの手法を用いて、スピンソリトン系の集団素励起などの物質機能を開拓する。戸田はトポロジカル光波の空間特異性を量子液晶に対する新規な光誘起相制御として活用するため、時空間で変調された光誘起準安定電子状態の創出を、コヒーレントクエンチ分光を用いて実証する。小林は、近藤状態における三体相関についての研究を完成させ、論文発表を行う。また、磁気トンネル接合の研究を行い、非線形伝導度のメカニズムを解明することや、NVセンタを用いたメゾスコピック系の研究を展開する。石坂は量子液晶物質における磁気テキスチャーの超高速ダイナミクスを可視化するため、超高速ローレンツ電子顕微鏡計測のプロセスを整備し、ナノ秒~マイクロ秒実時間計測に取り組む。有馬はスピン液晶系における多彩な相制御とそれに伴う機能の開拓のために複合的な外場下における放射光X線散乱実験や中性子実験を行うとともに、建設中の高輝度放射光施設におけるX線イメージングのための装置の開発にも引き続き携わる。
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Remarks |
受賞: 有馬孝尚 本多フロンティア賞「磁気対称性に基づく非相反物質機能の開拓」(2020年11月6日) 新聞報道:日刊工業新聞 2020年12月3日「ボース・アインシュタイン凝縮 超電導の発現確認」、科学新聞 2021年1月8日「磁気渦と反渦を観察-2次元磁性体の相転移現象に関与-」、日刊工業新聞 2020年7月3日「スキルミオン低電流で制御」
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Research Products
(109 results)
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[Journal Article] Detecting electron-phonon couplings during photo-induced phase transition2021
Author(s)
Takeshi Suzuki, Yasushi Shinohara, Yangfan Lu, Mari Watanabe, Jiadi Xu, Kenichi L. Ishikawa, Hide Takagi, Minoru Nohara, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Takashi Mizokawa, Shik Shin, and Kozo Okazaki
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Journal Title
Physica Review B
Volume: 103
Pages: L121105/1-6
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Shubnikov-de-Haas oscillation and possible modification of effective mass in CeTe3 thin films2021
Author(s)
Mori Watanabe, Ryoya Nakamura, Sanghyun Lee, Takuya Asano, Takashi Ibe, Masashi Tokuda, Hiroki Taniguchi, Daichi Ueta, Yoshinori Okada, Kensuke Kobayashi, and Yasuhiro Niimi
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Journal Title
AIP Advances
Volume: 11
Pages: 015005/1-5
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Signature of anisotropic exchange interaction revealed by vector-field control of the helical order in a FeGe thin plate2021
Author(s)
V. Ukleev, O. Utesov, L. Yu, C. Luo, K. Chen, F. Radu, Y. Yamasaki, N. Kanazawa, Y. Tokura, T. Arima, J. S. White
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Journal Title
Physical Review Research
Volume: 3
Pages: 013094/1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Photoinduced Phase Transition from Excitonic Insulator to Semimetal-like State in Ta2Ni1-xCoxSe5 (x = 0.10)2020
Author(s)
Takumi Mitsuoka, Takeshi Suzuki, Hide Takagi, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Minoru Nohara, Mari Watanabe, Jiadi Xu, Qianhui Ren, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Sik Shin, Kozo Okazaki, Takashi Mizokawa
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 89
Pages: 124703/1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Bose-Einstein condensation superconductivity induced by disappearance of the nematic state2020
Author(s)
Takahiro Hashimoto, Yuichi Ota, Akihiro Tsuzuki, Tsubaki Nagashima, Akiko Fukushima, Shigeru Kasahara, Yuji Matsuda, Kohei Matsuura, Yuta Mizukami, Takasada Shibauchi, Shik Shin, and Kozo Okazaki
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Journal Title
Science Advances
Volume: 6
Pages: eabb9052/1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Massive suppression of proximity pairing in topological (Bi1-xSbx)2Te3 films on niobium2020
Author(s)
Joseph A. Hlevyack, Sahand Najafzadeh, Meng-Kai Lin, Takahiro Hashimoto, Tsubaki Nagashima, Akihiro Tsuzuki, Akiko Fukushima, Cedric Bareille, Yang Bai, Peng Chen, Ro-Ya Liu, Yao Li, David Flototto, Jose Avila, James N. Eckstein, Shik Shin, Kozo Okazaki, and T.-C. Chiang
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 124
Pages: 236402/1-7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb2020
Author(s)
Kenta Kuroda, Y. Arai, N. Rezaei, S. Kunisada, S. Sakuragi, M. Alaei, Y. Kinoshita, C. Bareille, R. Noguchi, M. Nakayama, S. Akebi, M. Sakano, K. Kawaguchi, M. Arita, S. Ideta, K. Tanaka, H. Kitazawa, K. Okazaki, M. Tokunaga, Y. Haga, S. Shin, H. S. Suzuki, R. Arita, and Takeshi Kondo
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Pages: 2888/1/9
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Tunneling mechanism in a (Ga,Mn)As/GaAs based spin Esaki diode investigated by bias-dependent shot noise measurements2020
Author(s)
T. Arakawa, J. Shiogai, M. Maeda, M. Ciorga, M. Utz, D. Schuh, Y. Niimi, M. Kohda, J. Nitta, D. Bougeard, D. Weiss, and K. Kobayashi
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 102
Pages: 045308/1-7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Spin treacle in a frustrated magnet observed with spin current2020
Author(s)
Hiroki Taniguchi,Mori Watanabe,Takashi Ibe, Masashi Tokuda, Tomonori Arakawa,Toshifumi Taniguchi, Bo Gu,Timothy Ziman, Sadamichi Maekawa, Kensuke Kobayashi,and Yasuhiro Niimi
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 102
Pages: 094405/1-7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Switching of band inversion and topological surface states by charge density wave2020
Author(s)
N. Mitsuishi, Y. Sugita, M. S. Bahramy, M. Kamitani, T. Sonobe, M. Sakano, T. Shimojima, H. Takahashi, H. Sakai, K. Horiba, H. Kumigashira, K. Taguchi, K. Miyamoto, T. Okuda, S. Ishiwata, Y. Motome, K. Ishizaka
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Pages: 2466/1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Emergent topological spin structures in the centrosymmetric cubic perovskite SrFeO32020
Author(s)
S. Ishiwata, T. Nakajima, J.-H. Kim, D.S. Inosov, N. Kanazawa, J.S. White, J.L. Gavilano, R. Georgii, K.M. Seemann, G. Brandl, P. Manuel, D.D. Khalyavin, S. Seki, Y. Tokunaga, M. Kinoshita, Y.W. Long, Y. Kaneko, Y. Taguchi, T. Arima, B. Keimer, Y. Tokura
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 101
Pages: 134406/1-9
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Nanometric square skyrmion lattice in a centrosymmetric tetragonal magnet2020
Author(s)
N. D. Khanh, T. Nakajima, X. Z. Yu, S. Gao, K. Shibata, M. Hirschberger, Y. Yamasaki, H. Sagayama, H. Nakao, L. Peng, K. Nakajima, R. Takagi, T. Arima, Y. Tokura, S. Seki
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Journal Title
Nature Nanotechnology
Volume: 15
Pages: 444-450
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] High-field depinned phase and planar Hall effect in the skyrmion host Gd2PdSi32020
Author(s)
M. Hirschberger, T. Nakajima, M. Kriener, T. Kurumaji, L. Spitz, S. Gao, A. Kikkawa, Y. Yamasaki, H. Sagayama, H. Nakao, S. Ohira-Kawamura, Y. Taguchi, T. Arima, Y. Tokura
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 101
Pages: 220401/1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Metamagnetic transitions and magnetoelectric responses in the chiral polar helimagnet Ni2InSbO62020
Author(s)
Y. Araki, T. Sato, Y. Fujima, N. Abe, M. Tokunaga, S. Kimura, D. Morikawa, V. Ukleev, Y. Yamasaki, C. Tabata, H. Nakao, Y. Murakami, H. Sagayama, K. Ohishi, Y. Tokunaga, T. Arima
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 102
Pages: 054409/1-8
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Topological Nernst Effect of the Two-Dimensional Skyrmion Lattice2020
Author(s)
M. Hirschberger, L. Spitz, T. Nomoto, T. Kurumaji, S. Gao, J. Masell, T. Nakajima, A. Kikkawa, Y. Yamasaki, H. Sagayama, H. Nakao, Y. Taguchi, R. Arita, T. Arima, Y. Tokura
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 125
Pages: 076602/1-7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Collapse of the simple localized 3d1 orbital picture in Mott insulator2020
Author(s)
S. Kitou, T. Manjo, N. Katayama, T. Shishidou, T. Arima, Y. Taguchi, Y. Tokura, T. Nakamura, T. Yokoyama, K. Sugimoto, H. Sawa
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Journal Title
Physical Review Research
Volume: 2
Pages: 033503/1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Imaging the coupling between itinerant electrons and localised moments in the centrosymmetric skyrmion magnet GdRu2Si22020
Author(s)
Y. Yasui, C. J. Butler, N. D. Khanh, S. Hayami, T. Nomoto, T. Hanaguri, Y. Motome, R. Arita, T. Arima, Y. Tokura, S. Seki
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Pages: 5925/1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Superconducting proximity effect to surface states of TI/Nb at different doping levels: Bi2Se3, Bi1-xSbxTe3, and Sb2Te32020
Author(s)
Sahand Najafzadeh, J. A. Hlevyack, M.-K. Lin, T. Nagashima1, A. Fukushima, Y. Bai, P. Chen, R.-Y. Liu, Y. Li, D. Flototto, J. Avila, J. N. Eckstein, S. Shin, T.-C. Chiang, and Kozo Okazaki
Organizer
令和2年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会(オンライン、2020年12月21日-25日)
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[Presentation] Coexistance of quantum oscillation and magnetic hysteresis in CeTe3 thin films2020
Author(s)
Mori Watanabe, Sanghyun Lee, Takuya Asano, Takashi Ibe, Masashi Tokuda, Hiroki Taniguchi, Daichi Ueta, Yoshinori Okada, Kensuke Kobayashi, and Yasuhiro Niimi,
Organizer
The 65th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2020) (November 2-6, 2020). [oral]
Int'l Joint Research
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