量子ビームの相補利用でみる多様な秩序変数による量子臨界現象

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K05031
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 金子 耕士 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (30370381)
• Project Period (FY): 2016-10-21 – 2020-03-31
• Keywords: 量子ビーム / 強相関電子系 / 国際協力 / 物性実験 / 中性子散乱

Outline of Annual Research Achievements

量子臨界現象を引き起こす秩序変数の担い手である，磁性・格子・価数，及びその結合に着目し，各々の秩序波数や微視的な電子状態について調べている.今年度はカイラル磁性体であるEuPtSiの有限磁場下の転移温度近傍において，f電子系で初となる磁気スキルミオン格子の実現が高い注目を集めており，その検証に重点をおいて研究を行った.
EuPtSiについて，中性子と放射光X線を相補的に用いた単結晶散乱実験から，ゼロ磁場でカイラリティをもつヘリカル磁気構造をとること，磁場の印加に伴い，triple-q構造に起因した特徴的な六角形の散乱パターンへと変化し，磁気スキルミオン相が出現していることを決定した.これらの振る舞いは，典型物質であるMnSiと酷似しているが，周期が1/10と短い上に，印加磁場方向に対し強い異方性を有するなど，新たな特徴も見出した.
格子系として研究している(Sr,Ca)3Rh4Sn13については，低温放射光単結晶回折実験を実施し，量子臨界点近傍の濃度において，構造相転移の秩序波数が変化することを見出した．これは今までに予想されていなかった新たな振る舞いであり，現在詳細な追加実験を進めている。また格子系のもう一つLu(Pd,Pt)2Inについては，主に放射光X線非弾性散乱から、当該化合物の２次構造相転移がソフトフォノンによって引き起こされる点を明らかにし、(Sr,Ca)3Rh4Sn13と類似性など、系統的な理解に向けた着実な進展が得られた.現在，成果をまとめている.
以上，様々な秩序変数を対象とした物質系について，順調に成果が得られている.

Current Status of Research Progress

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

Reason

国内の研究炉の再稼働が遅れているため、主に環境整備や実験の実施について若干の遅れがある．一方で，実施した実験については，それぞれ重要な成果が得られており，全体的な進捗に大きな問題はない.

Strategy for Future Research Activity

本年度得られた成果を発展させ，各秩序変数に対応した量子臨界現象の理解に迫る．カイラル磁性体のEuPtSiの磁気スキルミオンについては，印加磁場異方性など，これまでの物質系にはない特徴をまとめる.また格子系の(Sr,Ca)3Rh4Sn13については，今回発見した量子臨界点近傍の新たな構造相転移について研究を進める.普遍的な理解を目的として，さらなる物質系にも同様の研究を発展させることを計画している.

Causes of Carryover

（理由）本課題の採択時期のずれ及び主たる研究施設であるJRR-3の再稼働の遅れにより当初計画に対して予算の執行が計画どおりに行えてない部分があるため、次年度使用額が生じることとなった.

（使用計画）2019年度においてはJRR-3の再稼働の遅れを加味した執行計画に見直しを図り，研究環境の整備や国内外代替実験施設での実験実施に係る費用として使用する予定である.

Research Products

• [Int'l Joint Research] Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Oak Ridge National Laboratory
• [Int'l Joint Research] MPI-CPfS/Helmholtz Zentrum Berlin(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: MPI-CPfS/Helmholtz Zentrum Berlin
• [Int'l Joint Research] The Chinese University of Hong Kong(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: The Chinese University of Hong Kong
• [Int'l Joint Research] Institut Laue-Langevin/CEA(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Institut Laue-Langevin/CEA
• [Journal Article] Unique Helical Magnetic Order and Field-Induced Phase in Trillium Lattice Antiferromagnet EuPtSi (2019)
  • Author(s): Kaneko Koji、Frontzek Matthias D.、Matsuda Masaaki、Nakao Akiko、Munakata Koji、Ohhara Takashi、Kakihana Masashi、Haga Yoshinori、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Pages: 013702-1～5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.013702
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Study on use of superconducting magnet and first inelastic neutron scattering experiment under magnetic field at 4SEASONS spectrometer (2019)
  • Author(s): Kajimoto Ryoichi、Ishikado Motoyuki、Kira Hiroshi、Kaneko Koji、Nakamura Mitsutaka、Kamazawa Kazuya、Inamura Yasuhiro、Ikeuchi Kazuhiko、Iida Kazuki、Murai Naoki、Ohira-Kawamura Seiko、Takahashi Ryuta、Aoyama Kazuhiro、Kambara Wataru
  • Journal Title: Physica B: Condensed Matter Volume: 556 Pages: 26～30
  • DOI: 10.1016/J.PHYSB.2018.11.065
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence of a structural quantum critical point in (CaxSr1?x)3Rh4Sn13 from a lattice dynamics study (2018)
  • Author(s): Cheung Y. W.、Hu Y. J.、Imai M.、Tanioku Y.、Kanagawa H.、Murakawa J.、Moriyama K.、Zhang W.、Lai K. T.、Yoshimura K.、Grosche F. M.、Kaneko K.、Tsutsui S.、Goh Swee K.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Pages: 161103-1~5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.161103
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Retreat from Stress: Rattling in a Planar Coordination (2018)
  • Author(s): K. Suekuni , C.-H. Lee, H. I. Tanaka, E. Nishibori, A. Nakamura, H. Kasai, H. Mori, H. Usui, M. Ochi, T. Hasegawa, M. Nakamura, S. Ohira-Kawamura, T. Kikuchi, K. Kaneko, H. Nishiate, K. Hashikuni, Y. Kosaka, K. Kuroki, T. Takabatake
  • Journal Title: Advanced Materials Volume: 30 Pages: 1706230～1706230
  • DOI: 10.1002/adma.201706230
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Skyrmion lattice in f-electron magnet EuPtSi (2019)
  • Author(s): K. Kaneko
  • Organizer: “Topological Phases and Functionality of Correlated Electron Systems” (TPFC2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 中性子散乱でみるEuPtSi のキラル反強磁性と磁場誘起秩序 (2019)
  • Author(s): 金子耕士
  • Organizer: 日本物理学会第７４回年次大会
• [Presentation] キラル反強磁性体EuPtSi の中性子散乱 (2019)
  • Author(s): 金子耕士, Matthias D. Frontzek, 松田雅昌, 大石一城, 中尾朗子, 宗像孝司, 大原高志, 垣花将司, 芳賀芳範, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会第７４回年次大会
• [Presentation] Systematic neutron scattering study on Eu intermetallics (2018)
  • Author(s): K. Kaneko
  • Organizer: Present and Future of Neutron Scattering Research on Condensed Matter Physics ~Future Perspective of US-Japan Cooperative Program on Neutron Scattering~
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Status and news from JRR-3 (2018)
  • Author(s): K. Kaneko
  • Organizer: 10th International Workshop on Sample Environment at Scattering Facilities
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 中性子散乱で見るEuPtSiの磁気構造と磁場応答 (2018)
  • Author(s): 金子耕士, 池田修悟, Matthias D. Frontzek, Huibo Cao, 花島隆泰, 中尾朗子, 鬼柳亮嗣, 大原高志, 小林寿夫, 山上浩志
  • Organizer: J-Physics：多極子伝導系の物理」 Tropical Topical Meeting “カイラル磁性体EuPtSiの電子物性 ―研究の現状と今後の展開―”
  • Invited
• [Presentation] MLFにおける強磁場・低温環境への期待 (2018)
  • Author(s): 金子耕士
  • Organizer: Direction2018: the user group meeting on MLF spectrometers
  • Invited
• [Presentation] 立方晶キラル反強磁性体EuPtSi の磁気秩序 (2018)
  • Author(s): 金子耕士, Matthias D. Frontzek, 松田雅昌, 中尾朗子, 宗像孝司, 大原高志, 垣花将司, 芳賀芳範, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本中性子科学会 第18回年会