結晶の空間反転対称性に着目した強相関化合物の超高圧下における新奇量子現象の探索

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05156
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 本多 史憲 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (90391268)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30359541)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 希土類化合物 / アクチノイド化合物 / 強相関電子系 / 価数転移 / 空間反転対称性 / 高圧下物性 / カイラル磁性体

Outline of Annual Research Achievements

f電子を持つ希土類・アクチノイド化合物は，磁気・電荷・多極子秩序，異方的超伝導など特色ある量子物性の宝庫である．本研究課題では，結晶構造に空間反転対称性がない物質，カゴ状化合物，幾何学的フラストレーションを持つ構造など特徴的な結晶構造をもつ化合物にフォーカスして結晶構造に由来した物性を調べること，およびその物性測定手段を開発することを目的としている．今年度の研究実績は以下の通りである．
１.昨年度、単結晶育成に成功した、結晶構造に空間反転対称姓をもたないBaNiSn3型正方晶UIrSi3の低温、磁場中における物性を電気抵抗、比熱、磁化測定などから明らかにした.TN=42Kの反強磁性体UIrSi3は25K以下でc軸方向に磁場をかけると一次のメタ磁性転移を示す。この転移は昇磁過程と消磁過程で非対称な磁化の飛びを示しており、反転対称性のない結晶構造と関係していると考えられる．第一報としてPhysical Review B誌に論文を投稿し最近受理された.
２.f 電子系化合物で最もポピュラーな結晶構造ThCr2Si2型正方晶をもつEu化合物(EuT2X2)の圧力下での電子物性研究をさらに進め、EuCo2Ge2における圧力誘起価数転移を明らかにした。前年度までの研究と合わせてレビュー論文を執筆した。また、EuCu2Ge2では他の多くのEu化合物反強磁性体と異なり、反強磁性転移温度が圧力に対して一度ピークを持ち減少するDoniachの相図のような振る舞いを示すことがわかった。
３.カイラル構造を持つ反強磁性体Ce5Si4の単結晶育成に世界で初めて成功し、比熱や電気抵抗の詳細測定により磁気相図や異方性などを明らかにした。電子状態ではカイラル構造に起因すると思われる特異な物性も見られており今後詳しく調べていく予定である.

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

UIrSi3の磁気相図、低温での一次のメタ磁性が二次のメタ磁性転移に変わることを明らかにし、低音相では反転対称性を持たない結晶構造を反映した特異な磁気ヒステリシスが現れることを明らかにした。この三重点（28K, 5.8T）が圧力でどのように変化していくかを調べたところ圧力とともに高温、低磁場へシフトすることがわかってきた。またカイラル構造をもつ反強磁性体Ce5Si4の単結晶育成に成功し、基礎物性について論文を投稿するなど研究は概ね順調に進んでいるといえる．

Strategy for Future Research Activity

最終年度はUIrSi3の磁気構造の解明のための中性子回折実験に着手する。現在、国内の研究炉は停止中であり、J-Parcはウラン化合物の取扱許可がないことから国内でウラン化合物の中性子回折実験を行うことはできない。フランスのラウエ＝ランジュバン研究所の研究炉での中性子回折実験のプロポーザルが認められたので、年度早々に単結晶を用いた中性子回折実験を行う予定である。また超高圧下における物性実験も進めていく。最終年度になるためこれまでの研究に関する論文の執筆など研究総括も進めていく.

Causes of Carryover

圧力セルに使用する部品について改良のため設計変更をしたため製作に少し時間がかかり翌年度に持ち越されたため若干の次年度使用額が生じました。次年度の早いうちにこれらの部品製作を行い、次年度に使用するブリッジマンアンビルセル、ダイヤモンドアンビルセルでの高圧下物性研究をこれまでと同様行なっていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カレル大学/チェコ科学アカデミー物理学研究所(チェコ)
  • Country Name: CZECH
  • Counterpart Institution: カレル大学/チェコ科学アカデミー物理学研究所
• [Int'l Joint Research] フランス原子力庁/国立強磁場研究所(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: フランス原子力庁/国立強磁場研究所
• [Int'l Joint Research] 低温物理研究所(ベネズエラ)
  • Country Name: VENEZUELA
  • Counterpart Institution: 低温物理研究所
• [Int'l Joint Research] 低温研究所(ポーランド)
  • Country Name: POLAND
  • Counterpart Institution: 低温研究所
• [Journal Article] Pressure-induced valence change and moderate heavy fermion state in Eu-compounds (2018)
  • Author(s): Honda Fuminori、Okauchi Keigo、Sato Yoshiki、Nakamura Ai、Akamine Hiromu、Ashitomi Yosuke、Hedo Masato、Nakama Takao、Takeuchi Tetsuya、Valenta Jaroslav、Prchal Jiri、Sechovsky Vladimir、Aoki Dai、Onuki Yoshichika
  • Journal Title: Physica B: Condensed Matter Volume: 536 Pages: 182～191
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.09.094
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Consecutive magnetic phase diagram of UCoGe-URhGe-UIrGe system (2018)
  • Author(s): Pospisill Jiri、Haga Yoshinori、Miyake Atsushi、Kambe Shinsaku、Tateiwa Naoyuki、Tokunaga Yo、Honda Fuminori、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Tokunaga Masashi、Aoki Dai、Yamamoto Etsuji
  • Journal Title: Physica B: Condensed Matter Volume: 536 Pages: 532～534
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.10.050
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unconventional superconductivity and an ambient-pressure magnetic quantum critical point in single-crystal LaNiC2 (2017)
  • Author(s): J. F. Landaeta, D. Subero, P. Machado, F. Honda, I. Bonalde
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 96 Pages: 174512-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.174515
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Linear dichroism in 3d core-level and 4f valence-band photoemission spectra of strongly correlated rare-earth compounds (2017)
  • Author(s): Y. Kanai, T. Mori, S. Naimen, K. Yamagami, S. Kitayama, H. Fujiwara, A. Higashiya, T. Kadono, S. Imada, T. Kiss, A. Tanaka, T. Muro, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, F. Iga, T. Ebihara, F. Honda, Y. Onuki, A. Sekiyama
  • Journal Title: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Volume: 220 Pages: 61-65
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2016.12.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Switching of magnetic ground states across the UIr1－x Rhx Ge alloy system (2017)
  • Author(s): Jiri Pospisil, Yoshinori Haga, Shinsaku Kambe, Yo Tokunaga, Naoyuki Tateiwa, Dai Aoki, Fuminori Honda, Ai Nakamura, Yoshiya Homma, Etsuji Yamamoto, Tomoo Yamamura
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 95 Pages: 155138-1-15
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.155138
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 超音波による重い電子系化合物UPd2Cd20の量子状態の研究 (2018)
  • Author(s): 赤津光洋, 三本啓輔, 根本祐一, 後藤輝孝, 土塔寛, 広瀬雄介, 摂待力生, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）
• [Presentation] 内殻光電子スペクトル線二色性による重い電子系YbT2Zn20 (T = Co, Ir)における4f軌道対称性の観測 (2018)
  • Author(s): 金井惟奈, 藤岡修平, 本諭, 藤原秀紀, 東谷篤志, 門野利治, 今田真, 木須孝幸, 田中新, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 広瀬雄介, 摂待力生, 本多史憲, 大貫惇睦, 関山明
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）
• [Presentation] 強磁性体EuRu2P2の圧力下物性 (2018)
  • Author(s): 本多史憲, Zubac Jan, Prchal Jiri, 佐藤芳樹, 仲村愛, 青木大, 赤嶺拡, 安次富洋介, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦, Sechovsky Vladimir
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）
• [Presentation] 立方晶キラル反強磁性体EuPtSiの巨大なホール効果と磁気抵抗 (2018)
  • Author(s): 垣花将司, 伊覇航, 安次富洋介, 青木大, 仲村愛, 本多史憲, 中島美帆, 天児寧, 中村翔太, 榊原俊郎, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）
• [Presentation] 強磁性体EuCu2P2とEuCuPの単結晶育成と電子状態 (2018)
  • Author(s): 伊覇航, 垣花将司, 松田進弥, 仲村愛, 本多史憲, 青木大, 郷地順, 上床美也, 中島美帆, 天児寧, 竹内徹也, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）
• [Presentation] EuCu2(Ge1-xSix)2単結晶の電子状態III (2018)
  • Author(s): 伊覇航, 垣花将司, 本多史憲, 仲村愛, 青木大, 郷地順, 上床美也, 中島美帆, 天児寧, 竹内徹也, 芳賀芳範, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）
• [Presentation] 共鳴X線発光分光によるYbCo2Zn20のYb電子状態の研究 (2018)
  • Author(s): 河村直己, 播木敦, 広瀬雄介, 本多史憲, 水牧仁一朗, 魚住孝幸
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）
• [Presentation] Single crystal growth and physical properties of AnTSi3 compounds(An = actinide, T = transition metal) (2017)
  • Author(s): F. Honda, Y. Sato, A. Nakamura, J. Valenta, M. Valiska，B. Vondrackova，P. Opletal， J. Kastil，J. Prchal, T. Yamamura, Y. Onuki, V. Sechovsky, and Dai Aoki
  • Organizer: Actinide2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] YbT(T=Co,Rh,Ir,Os)2Zn20のYb価数温度変化における普遍的な振る舞い (2017)
  • Author(s): 水牧仁一朗, 大槻純也, 河村直己, 広瀬雄介, 角田竜馬, 本多史憲, 摂待力生, 渡辺真仁
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] EuNi2Ge2の単結晶育成と圧力誘起価数転移 (2017)
  • Author(s): 本多史憲, 岡内啓悟, 仲村愛, 青木大, 赤嶺拡, 安次富洋介, 竹内徹也, 田原大夢, 木田孝則, 萩原政幸, 中島美帆, 天児寧, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] EuCu2(Ge1-xSix)2単結晶の電子状態 II (2017)
  • Author(s): 伊覇航, 垣花将司, 本多史憲, 仲村愛, 青木大, 郷地順, 上床美也, 中島美帆, 天児寧, 竹内徹也, 芳賀芳範, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] EuT2Si2(T:遷移金属)とEuT2Ge2単結晶の電子状態 (2017)
  • Author(s): 大貫惇睦, 安次富洋介, 中島美帆, 天児寧, 仲村愛, 本多史憲, 青木大, 竹内徹也, 木田孝則, 田原大夢, 萩原政幸, 上床美也, 辺土正人, 仲間隆男
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] 新構造を持つCePd2Al8の単結晶育成と物性 (2017)
  • Author(s): 中村優希, 中島美帆, 天児寧, 池田修悟, 松田達磨, 仲村愛, 清水悠晴, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] 内殻光電子スペクトル線二色性による強相関Sm, Yb化合物における基底4f軌道対称性の決定 (2017)
  • Author(s): 金井惟奈, 濱本愉, 山神光平, 中川広野, 内免翔, 藤岡修平, 藤原秀紀, 東谷篤志, 山崎篤志, 門野利治, 今田真, 木須孝幸, 田中新, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 広瀬雄介, 摂待力生, 山口貴司, 小林寿夫, 海老原孝雄, 本多史憲, 大貫惇睦, 関山明
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] Pressure-induced valence change and moderate heavy fermion state in Eu-compounds (2017)
  • Author(s): Fuminori HONDA, Keigo OKAUCHI, Yoshiki SATO, Ai NAKAMURA, Hiromu AKAMINE, Yosuke ASHITOMI, Masato HEDO, Takao NAKAMA, Yoshichika ONUKI, Miho NAKASHIMA, Yasushi AMAKO, Tetsuya TAKEUCHI, Time TAHARA, Takanori KIDA, Masayuki HAGIWARA, Jaroslav VALENTA, Jiri
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • Int'l Joint Research / Invited