2021 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。 岡﨑は鉄系超伝導体の母物質BaFe2As2において時間分解X線回折による研究を行い、光励起による結晶構造の変化を観測することに成功した。戸川は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた磁気構造解析法の改良を進め、高感度位相検出法としてTEM-位相コントラスト法を開発した。また、スピンソリトン格子に特有の素励起であるフォノンモードの検出に成功し、40 GHz以上の共鳴特性を見出した。戸田は超短光渦パルス誘起超伝導相制御とその応答解析を銅酸化物高温超伝導体に対して実施し、光渦の空間モード特異性を反映した光誘起超伝導の観測に成功するという成果を得た。小林は、量子ドットを用いて近藤効果に特有の三体相関を検出し、非平衡領域に拡張されたフェルミ液体理論と詳細な比較を行い、論文として発表した。さらにはダイヤモンドNVセンタによる磁場や温度イメージングの開発も継続した。石坂は超高速時間分解電子顕微鏡を用いてスピン液晶物質における磁気テキスチャーのイメージング計測を行い、磁気スキルミオンがナノ秒~マイクロ秒スケールで分裂、変形、運動し再結合する様子を可視化した。有馬は方向二色性によるMnTiO3の反強磁性ドメインの電磁場制御の観察の研究を行い、反強磁性ドメインの易動度の見積もりに成功したほか、CaBaCo4O7の反強磁性相が一軸応力印加によって磁化と電気分極が変化するピエゾ電気磁気効果を有することを発見した。
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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、予想以上の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において光励起によって結晶構造を制御し、光誘起超伝導を実現できる可能性を示唆する結果を得た。戸川は量子液晶が示す微弱な磁気構造を検出可能なTEM-位相コントラスト法の開発やスピンソリトン格子の素励起であるフォノンモードや異方的スピン波伝搬の検出に成功している。戸田はビーム断面に特異点を有する光渦パルスの空間特異性を超伝導の光誘起相制御に対して活用し、誘起された準安定電子状態の過渡応答から時空間で変調された光誘起超伝導の創出を実証した。小林は量子多体系に固有な三体相関を検出し最新の理論との精密な比較検証に成功した。石坂は超高速時間分解電子顕微鏡による磁気イメージングにより、磁気スキルミオンのナノ秒スケールダイナミクスの計測に世界で初めて成功した(Sci. Adv.誌掲載)。有馬はフラストレートネットワーク上の反強磁性スピン系における反強磁性状態とフェリ磁性状態の転移等を利用した物質機能の開拓を進めた。
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Strategy for Future Research Activity |
岡﨑はネマティック電子状態を光で制御することで光誘起超伝導を実現するために中赤外光をポンプ光に用いた時間分解光電子分光の研究を行う。戸川はナノ加工技術を用いたメゾスコピック・ナノデバイス作製の高スループット化やマイクロ波分光に用いる高周波回路や計測システムの改良を進める。また、電子線を用いた精密構造解析法の高度化に取り組み、量子液晶系の物質機能化を押し進める。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、コヒーレントクエンチ分光で実現される時空間で変調された光誘起準安定電子状態を用いた時空間分解イメージングを実施する。小林は、磁場や温度を計測する手段としてのダイヤモンドNVセンタの研究をさらに進める。今後は量子液晶への展開も見据えて、低温での測定にも取り組む。石坂は量子液晶物質における特異なフォノンや磁気テキスチャーの定量的なイメージング計測を行うため、5次元走査型計測のプロセスを整備し、ピコ秒~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:石坂香子 2021年12月16日 日本学術振興会賞「光電子分光を用いた物質の多次元計測と非平衡状態の研究」;有馬孝尚 2021年12月6日 仁科記念賞「スピン誘起マルチフェロイクスの発見と開拓」 新聞発表: 2021年6月3日 電波新聞「眺める方向によって明るさが変わる磁石」
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Research Products
(118 results)
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[Journal Article] Environmental effects on layer-dependent dynamics of Dirac fermions in quasicrystalline bilayer graphene2022
Author(s)
Y. Zhao, T. Suzuki, T. Iimori, H.-W. Kim, J. R. Ahn, M. Horio, Y. Sato, Y. Fukaya, T. Kanai, K. Okazaki, S. Shin, S. Tanaka, F. Komori, H. Fukidome and I. Matsuda
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 105
Pages: 115301/1-8
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Do electron distrubutions with orbital degree of freedom exhibit anisotropy?2022
Author(s)
T. Manjo, S. Kitou, N. Katayama, S. Nakamura, T. Katsufuji, Y. Nii, T. Arima, J. Nasu, T. Hasegawa, K. Sugimoto, D. Ishikawa, A. Q. R. Baron, H. Sawa
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Journal Title
Material Advances
Volume: 3
Pages: 3192/1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Zoology of Multiple-Q Spin Textures in a Centrosymmetric Tetragonal Magnet with Itinerant Electrons2022
Author(s)
N. D. Khanh, T. Nakajima, S. Hayami, S. Gao, Y. Yamasaki, H. Sagayama, H. Nakao, R. Takagi, Y. Motome, Y. Tokura, T. Arima, S. Seki
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Journal Title
Advanced Science
Volume: 9
Pages: 2105452/1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Square and rhombic lattices of magnetic skyrmions in a centrosymmetric binary compound2022
Author(s)
R. Takagi, N. Matsuyama, V. Ukleev, L. Yu, J. S. White, S. Francoual, J. R. L. Mardegan, S. Hayami, H. Saito, K. Kaneko, K. Ohishi, Y. Onuki, T. Arima, Y. Tokura, T. Nakajima, S. Seki
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 13
Pages: 1472/1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Ultrafast optical stress on BaFe2As22021
Author(s)
Takeshi Suzuki, Yuya Kubota, Takahiro Shimojima, Asuka Nakamura, Ko Takubo, Suguru Ito, Kohei Yamamoto, Hikari Sato, Hidenori Hiramatsu, Hideo Hosono, Tadashi Togashi, Makina Yabashi, Hiroki Wadati, Iwao Matsuda, Shik Shin, and Kozo Okazaki
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Journal Title
Physical Review Research
Volume: 3
Pages: 033222/1-12
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Frustration-driven magnetic fluctuations as the origin of the low-temperature skyrmion phase in Co7Zn7Mn62021
Author(s)
V. Ukleev, K. Karube, P. M. Derlet, C. N. Wang, H. Luetkens, D. Morikawa, A. Kikkawa, L. Mangin-Thro, A. R. Wildes, Y. Yamasaki, Y. Yokoyama, L. Yu, C. Piamonteze, N. Jaouen, Y. Tokunaga, H. M. Ronnow, T. Arima, Y. Tokura, Y. Taguchi, J. S. White
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Journal Title
npj Quantum Materials
Volume: 6
Pages: 40/1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] X-ray study of ferroic octupole order producing anomalous Hall effect2021
Author(s)
M. Kimata, N. Sasabe, K. Kurita, Y. Yamasaki, C. Tabata, Y. Yokoyama, Y. Kotani, M. Ikhlas, T. Tomita, K. Amemiya, H. Nojiri, S. Nakatsuji, T. Koretsune, H. Nakao, T. Arima, T. Nakamura
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Pages: 5582/1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Suppressed incommensurate order in swedenborgite Ca0.5Y0.5BaCo4O72021
Author(s)
S. Gao, V. Kocsis, M. Soda, F. Ye, Y. Liu, A. F. May, Y. Taguchi, Y. Tokura, T. Arima, W. Schweika, A. D. Christianson, M. B. Stone
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 104
Pages: L140408/1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Above-ordering-temperature large anomalous Hall effect in a triangular-lattice magnetic semiconductor2021
Author(s)
M. Uchida, S. Sato, H. Ishizuka, R. Kurihara, T. Nakajima, Y. Nakazawa, M. Ohno, M. Kriener, A. Miyake, K. Ohishi, T. Morikawa, M. S. Bahramy, T. Arima, M. Tokunaga, N. Nagaosa, M. Kawasaki
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Journal Title
Science Advances
Volume: 7
Pages: eabl5381/1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] 時間角度分解光電子分光によるSmSの光誘起相転移ダイナミクス2022
Author(s)
陳奕同, 中村拓人, 渡邊浩, 鈴木剛, 任千慧, 劉珂成, 鐘益桂, 金井輝人, 板谷治郎, 辛埴, 岡﨑浩三, 井村敬一郎, 鈴木博之, 佐藤憲昭, 木村真一
Organizer
日本物理学会第77回年次大会(オンライン、2022年3月15日-19日)
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[Presentation] X線自由電子レーザーを用いたFeSe1-xTexの光励起コヒーレントフォノンの観測2022
Author(s)
久保田雄也, 鈴木剛, 田中良和, 玉作賢治, 大和田成起, 富樫格, 堀尾眞史, 鷲見寿秀, 和田哲弥, 鍋島冬樹, 石川智也, 色摩直樹, 前田京剛, 松田巌, 岡﨑浩三, 辛埴, 矢橋牧名
Organizer
日本物理学会第77回年次大会(オンライン、2022年3月15日-19日)
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[Presentation] The superconducting proximity effect of Sb2Te3/Nb heterostructure may reveal new micromechanisms of proximity effect in topological insulators2022
Author(s)
Sahand Najafzadeh, Joseph A. Hlevyack, Tsubaki Nagashima, Akifumi Mine, Meng-Kai Lin, Soorya Suresh Babu, Yao Li, James N. Eckstein, Tao Shang, Shik Shin, T.-C. Chiang, Kozo Okazaki
Organizer
日本物理学会第77回年次大会(オンライン、2022年3月15日-19日)
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[Presentation] 極低温高分解能ARPESを用いた単結晶PdTeにおける超伝導ギャップの研究2022
Author(s)
峯明史, Zhong Yigui, Najafzadeh Sahand, 長島椿, Xian P.Yang, Tyler Cochran, Zijia Cheng, Ramakanta Chapai, Joanna Blawat, Sougata Mardanya, 辛埴, Rongying Jin, Tay-rong Chang, M. Zahid Hasan, 岡﨑浩三
Organizer
日本物理学会第77回年次大会(オンライン、2022年3月15日-19日)
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[Presentation] Photo-induced insulator-to-metal transition in Ta2NiSe5 studied by time-resolved ARPES2021
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
Organizer
7 th International Conference on Photoinduced Phase Transitions (PIPT7)(online, November 8 - November 18, 2021)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Investigation of superconducting proximity effect of Sb2Te3/Nb heterostructure2021
Author(s)
Sahand Najafzadeh, Joseph A. Hlevyack, Tsubaki Nagashima, Meng-Kai Lin, Soorya Suresh Babu, Yao Li, James N. Eckstein, Tao Shang, Shik Shin, T.-C. Chiang, Kozo Okazaki
Organizer
日本物理学会 2021年秋季大会(オンライン、2021年9月20日-23日)
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[Presentation] Interface hot carrier dynamics in epitaxial graphene by time-resolved ARPES2021
Author(s)
Yuhao Zhao, Takeshi Suzuki, Takushi Iimori, Qianhui Ren, Yusuke Sato, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Kozo Okazaki, Shik Shin, Hirokazu Fukidome, Satoru Tanaka, Fumio Komori, Iwao Matsuda
Organizer
日本物理学会 2021年秋季大会(オンライン、2021年9月20日-23日)
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[Presentation] Cryogenic Lorentz TEM study of a Berezinskii-Kosterlitz-Thouless phase transition in the quasi-two-dimensional ferromagnet K2CuF42021
Author(s)
Y. Togawa, T. Akashi, H. Kasai, G. W. Paterson, S. McVitie, Y. Kousaka, H. Shinada, J. Kishine, J. Akimitsu
Organizer
Microscopy & Microanalysis 2021 (M&M2021) (オンライン開催, USA, August, 2021)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Investigation of a deformation of the magnetic soliton lattice under tensile stress by Lorentz electron microscopy2021
Author(s)
G.W. Paterson, A.A. Tereshchenko, S. Nakayama, Y. Kousaka, J. Kishine, S. McVitie, A.S. Ovchinnikov, I. Proskurin, Y. Togawa
Organizer
Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exotic Spin Structures (DMI2021) (Vyborg(オンライン発表), Russia, September, 2021)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 中性子小角散乱によるカイラル磁性体CrNb3S6の圧力効果2021
Author(s)
大石一城, 高阪勇輔, 服部高典, 河村幸彦, 鈴木淳市, 加倉井和久, D, J. Jiang, 水谷圭吾, 戸川欣彦
Organizer
日本物理学会2021年秋季大会(2021年9月,オンライン開催)
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[Presentation] Enantiopure Crystal Growth and Chiral Magnetic Structures in Inorganic Chiral Magnetic Materials2021
Author(s)
Y. Kousaka, T. Sayo, R. Saki, K. Ohishi, Y. Kawamura, T. Koyama, S. Iwasaki, V. Hutanu, K. Kakurai, J. Suzuki, K. Inoue, J. Campo, J. Akimitsu, Y. Togawa
Organizer
Joint Symposia of Materials Research Meeting 2021 (MRM2021) (Yokohama, Japan, December, 2021)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Chiral Magnetic Structures in CrNb3S6 under High Magnetic Field and High Pressure2021
Author(s)
Y. Kousaka, K. Ohishi, T. Hattori, J. Jiang, K. Mizutani, Y. Kawamura, K. Kakurai, J. Suzuki, E. V Altynbaev, S. V Grigoriev, J. Campo, Y. Togawa
Organizer
Joint Symposia of Materials Research Meeting 2021 (MRM2021) (Yokohama, Japan, December, 2021)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Magnetic domain structure imaging using diamond quantum sensor2021
Author(s)
M. Tsukamoto, K. Ogawa, M. Kawaguchi, M. Hayashi, H. Ozawa, T. Iwasaki, M. Hatano, K. Sasaki, and K. Kobayashi
Organizer
International Conference on Quantum Liquid Crystals 2021 (QLC2021), (Online, May 11-13, 2021)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Thermal Hall Effect Induced by Magnetic Skyrmions2021
Author(s)
T. Arima, Y. Fujima, Y. Tokunaga, M. Akazawa, H. Takeda, H.-Y. Lee, J. H. Han, M. Yamashita
Organizer
International Conference on Frustration, Topology, and Spin Textures, Kobe, December 23
Int'l Joint Research / Invited
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