新規カゴ状希土類ホウ化物の超高圧合成と極限条件物性

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K05431
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 伊賀 文俊 茨城大学, 理学部, 教授 (60192473)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 高圧合成 / 新規機能性材料開発 / 近藤半導体 / トポロジカル絶縁体 / 価数揺動 / 超伝導 / 金属非金属転移 / 強磁場

Outline of Annual Research Achievements

当研究の目的は、これまで多彩な強相関電子系の舞台となって来た希土類(R)六ホウ化物RB6及び十二ホウ化物RB12で、未だ作成されていない空白化合物を、高圧合成の手法により創成する事である。常圧下では未だ作製できてないが、CeB12は近藤格子で重い電子系と期待され、多極子秩序、近藤半導体、超伝導、トポロジカル物性の出現も予想される。PrB12にも多極子秩序と超伝導が絡んで発現する期待がもたれ、TmB6は価数揺動や非フェルミ液体，量子臨界現象も想定される。
このため、申請者はドイツ製1000トン荷重型の高圧合成装置を導入し、学内プロジェクトチームも作りながら、その立ち上げを進めて来た。初年度の２８年度には、最大17GPa、温度2000度の環境を作り出すことに成功し、この環境で、（１）多段磁化を示す純良TbB12の作成、（２）SmB12の創成条件確立、（３）近藤半導体YbB12の２価置換合金の合成に初めて成功等の成果をあげることができた。自前の高圧装置の立ち上げは順調に推移していると言える。このノウハウの延長に、当初に目的物質としてあげたCeB12, PrB12, TmB6の合成につなげていく。
TmB6に関しては20-25GPaの高圧条件を達成できる、愛媛大の装置（3000トンプレス）を使用して(Ca,Sr)TmB6の合成に取組んだが、RB6相の収率は上がっているものの、まだ温度と圧力の関係が不明であり、引き続き単相化条件を探る必要がある。CeB12, PrB12は30-40GPaの超高圧条件が必要であり、その環境実現を策定している。
当方の高圧合成装置の独自のノウハウは着実に確立して来ており、学内プロジェクトを通じて更なる高圧合成を手広く広げてきた。年度末には各地の高圧合成の情報を交換する研究会も開催し、今後の計画推進に役立てることができた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

高圧装置の立ち上げは、高圧合成の専門家からは順調に進んでいるという評価を得られている。よって条件確立は順調な進度で進んでいると言える。消耗品が、結構ハイコストになっているのは予想外であったが、学内予算等の補助により、しのげている。更には高圧合成、高圧下測定、量子ビーム研究者などの合同研究会も開催でき、情報交換やコミュニティの形成という副産物が発生したことで、今後も多くの進展が期待される。最終目標物質の取り組みは、20GPa以上の高圧を必要としていることもわかって来たので、置換合金化の手段により、それらの物質の合成を新たに計画として取り入れて行くべきと明確な展開像が上げられた。

Strategy for Future Research Activity

近藤半導体YbB12のCa,Sr２価の置換合金作製に成功したことで、これらの作成に力を入れて行く。これは伝導電子数の制御に通じ、近藤半導体のエネルギーギャップ形成機構解明に新たな視点を導入することができると期待する。
高圧装置は更なる物質開発範囲を広げる為、多くの研究者にも門戸を開いて行く。
30GPa以上の超高圧合成が必要なことが再確認できた、CeB12、PrB12、TmB6などはこれらの管球を実現できる外部との協力（愛媛大、SPring8, 東工大）を推進していく。
また中性子などの量子ビームを駆使したこれらの物性解明を、関係期間と協力して進めて行く。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マックスプランク研究所/ユーリッヒ研究所/DESY(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: マックスプランク研究所/ユーリッヒ研究所/DESY
• [Int'l Joint Research] ブルックへブン国率研究所/カリフォルニア大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ブルックへブン国率研究所/カリフォルニア大学
• [Int'l Joint Research] ソウル大学(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: ソウル大学
• [Int'l Joint Research] CEA(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: CEA
• [Journal Article] Momentum microscopy of SmB6 single crystals with detailed surface characterization (2016)
  • Author(s): M. Ellguth, C. Tusche, F. Iga, S. Suga
  • Journal Title: Philosophical Magazine Volume: 96 Pages: 3284-3306
  • DOI: 10.1080/14786435.2016.1185185
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synchrotron Radiation Mossbauer Spectroscopy Using Sm-149 Nuclei (2016)
  • Author(s): S. Tsutsui, R. Masuda, Y. Kobayashi, Y. Yoda, K. Mizuuchi, Y. Shimizu, H. Hidaka, T. Yanagisawa, T H. Amitsuka, F. Iga, M. Seto
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 85 Pages: 83704(1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.85.083704
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spontaneous structural distortion of the metallic Shastry-Sutherland system DyB4 by quadrupole-spin-lattice coupling (2016)
  • Author(s): Sim, H, Lee, S, Hong, KP, Jeong, J., Zhang, J. R., Kamiyama, T., Adroja,D. T., Murray, C. A., Thompson, S. P., Iga, F., Ji, S, Khomskii, D., Park, Je-Geun
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 94 Pages: 195128(1-6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.195128
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Surface Kondo Effect and Non-Trivial Metallic State of the Kondo Insulator YbB12 (2016)
  • Author(s): K. Hagiwara, Y. Ohtsubo, M. Matsunami, S. Ideta, K. Tanaka, H. Miyazaki, J. Rault, P. Levre, F. Bertran, A.T.-Ibrahimi, R. Yukawa, M. Kobayashi, K. Horiba, H. Kumigashira, K. Sumida, T. Okuda, F. Iga, S. Kimura
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Pages: 12690(1
  • DOI: | DOI: 10.1038/ncomms12690
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 近藤半導体YbB12の圧力誘起超伝導と構造相転移 (2017)
  • Author(s): 加賀山朋子, 佳山周永, 清水克哉, 伊賀文俊, 平尾直久, 大石泰生
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 近藤絶縁体Yb1-xCaxB12の比熱と磁化率の巨大増大 (2017)
  • Author(s): 植松直之, 横道啓省, 松浦航, 伊賀文俊, 近藤晃弘, 金道浩一, 松田康弘, 佐藤桂輔
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 近藤絶縁体SmB6(111)の角度分解光電子分光 (2017)
  • Author(s): 萩原健太, 大坪嘉之, 岸潤一郎, 竹野祐輔, 山下雄紀, 出田真一郎, 田中清尚, 伊賀文俊, 木村真一
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 重い電子系物質(CeB6)/超伝導体界面における磁場中微分伝導度測定 (2017)
  • Author(s): 志賀雅亘, 稲垣祐次, 伊賀文俊, 河江達也
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 立方晶Ce化合物における4f基底状態を反映した内殻光電子スペクトル線二色性の観測 (2017)
  • Author(s): 金井惟奈, 山神光平, 藤岡修平, 濱本諭, 藤原秀紀, 木須孝幸, 田中新, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 東谷篤志, 門野利治, 今田真, 伊賀文俊, 海老原孝雄, 関山明
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] La希釈系Sm1-xLaxB6のNMRによる研究(II) (2017)
  • Author(s): 森弘希, 江見直哉, 板戸健太, 小山岳秀, 上田光一, 水戸毅, 小山内湧人, 平野航, 伊賀文俊
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 価数揺動系TmxR1-xB6 (R=Ca, Sr)の磁性・伝導におけるx依存性 (2017)
  • Author(s): 平野航, 江村雄輔, 近藤晃弘, 金道浩一, 伊賀文俊
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] YbB12清浄表面の低温STM観察 (2017)
  • Author(s): 宮町俊生, 大坪嘉之, 萩原健太, 木村真一, 伊賀文俊, 小森文夫
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 近藤絶縁体YbB12の超強磁場電子状態 (2017)
  • Author(s): 寺島拓, 松田康弘, 小濱芳允, 近藤晃弘, 池田暁彦, 金道浩一, 伊賀文俊A
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] Full 2D-ARPES of SmB6 by means of Momentum Microscopy SmB6のモーメンタム・マイクロスコープによる完全2次元角度分解光電子分光 (2017)
  • Author(s): Shigemasa Suga, Fumitoshi Iga, Martin Ellguth, Christian Tusche and Juergen Kirschner
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] Research on novel material development in Ibaraki University and collaboration study with other agencies (2016)
  • Author(s): 伊賀文俊
  • Organizer: 茨城大学量子線科学国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 茨城大学
  • Year and Date: 2016-11-19 – 2016-11-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Set-up of a new high-pressure synthesis equipment and synthesis of RB12 (R=Tb, Sm) under sub-mega bar pressure environment (2016)
  • Author(s): 菊地翔弥, 伊賀文俊
  • Organizer: 茨城大学量子線科学国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 茨城大学
  • Year and Date: 2016-11-19 – 2016-11-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Giant increasing behavior in Specific heat and magnetic susceptibility in Kondo insulator Yb1-xCaxB12 (2016)
  • Author(s): 植松直之, 伊賀文俊
  • Organizer: 茨城大学量子線科学国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 茨城大学
  • Year and Date: 2016-11-19 – 2016-11-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of Kondo temperature TK of YbB12 from energy gap-less state of Kondo insulator Yb1-xRxB12 (2016)
  • Author(s): 横道啓省, 伊賀文俊
  • Organizer: 茨城大学量子線科学国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 茨城大学
  • Year and Date: 2016-11-19 – 2016-11-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Substitution effect on Topological Kondo Insulator SmB6 (2016)
  • Author(s): 平野航, 伊賀文俊
  • Organizer: 茨城大学量子線科学国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 茨城大学
  • Year and Date: 2016-11-19 – 2016-11-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Walker module 高圧装置立ち上げと希土類ホウ化物の物性 (2016)
  • Author(s): 伊賀 文俊・菊地 翔弥・植松 直之・羽賀 浩人・横道 啓省・平野 航・ 西山 宣正・新名 亨・西 真之・國本 健広・入舩 徹男・丹下 義範・近藤 晃弘 ・ 金道 浩一 ・ 小山内 湧人 ・ 山中 昭二
  • Organizer: 日本高圧力学会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2016-10-26 – 2016-10-29
• [Presentation] 近藤絶縁体YbB12の強磁場比熱と電子状態 (2016)
  • Author(s): 寺島拓, 小濱芳允, 松田康弘, 近藤晃弘, 望月健生, 金道浩一, 池田暁彦, 伊賀文俊A
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] 非弾性中性子散乱によるCe0.7La0.3B6の磁気励起に関する研究 (2016)
  • Author(s): 小栗真哉, 貝木隆仁, 桑原慶太郎, 伊賀文俊, 岩佐和晃, 金子耕士, 椎名亮輔, 河村聖子, 中島健次, 横尾哲也, 伊藤晋一
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] 近藤半導体Yb1-xRxB12(R=Lu,Zr,Y)のギャップレス状態からのYbB12の近藤温度評価 (2016)
  • Author(s): 横道啓省, 和田徹, 植松直之, 石井克弥, 林健人, 伊賀文俊 , 桑原慶太郎, 佐藤桂輔, 佐藤仁, 伊藤晋一 , 横尾哲也, 井深壮史, 近藤晃弘, 金道浩一
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] La希釈系Sm1-xLaxB6のNMRによる研究 (2016)
  • Author(s): 森弘希, 江見直哉, 水戸毅, 小山岳秀, 上田光一, 伊賀文俊, 小山内湧人, 平野航
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] MBE法による希土類六硼化物の作製と評価 II (2016)
  • Author(s): 久野智之, 谷藤史弥, 吉澤正人, 中西良樹, 原田善之, 山口博隆, 伊賀文俊
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] 近藤絶縁体YbB12(001)表面電子状態のスピン・角度分解光電子分光 (2016)
  • Author(s): 萩原健太, 大坪嘉之, 竹野祐輔, 湯川龍, 小林正起, 堀場弘司, 組頭広志, 角田一樹, 奥田太一, 伊賀文俊, 木村真一
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] 強相関希土類化合物の希土類 3dおよび4f光電子スペクトル線二色性による異方的4f電荷分布の観測 (2016)
  • Author(s): 金井惟奈, 森健雄, 内免翔, 山神光平, 藤岡修平, 藤原秀紀, 東谷篤志, 門野利治, 今田真, 木須孝幸, 田中新, 室隆桂之, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 伊賀文俊, 海老原孝雄, 本多史憲, 大貫惇睦, 関山明
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] 分子線エピタキシー法を用いた希土類硼化物の作製と物性 (2016)
  • Author(s): 久野智之, 谷藤史弥, 吉澤正人, 中西良樹, 原田善之, 山口博隆, 伊賀文俊C
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Book] 高圧力の科学と技術 解説記事「希土類ホウ化物の高圧合成」 (2016)
  • Author(s): 伊賀文俊
  • Total Pages: ９
  • Publisher: 日本高圧力学会
• [Remarks] 茨城大学重点研究 研究概要
  • URL: https://www.ibaraki.ac.jp/generalinfo/activity/researching/juuten/15_07_juten_iga.pdf
• [Remarks] トポロジカル近藤絶縁体の特異な2次元電子状態を発見
  • URL: https://staff.aist.go.jp/miyagi.../06/.../f77c003a721dff08f7636a1117a50387c606.html
• [Remarks] 「高圧力と量子ビームのマリアージュによる 新規物性分野開拓の物質科学研究会」（水戸）
  • URL: www.ibaraki.ac.jp/events/2017/03/150914.html
• [Funded Workshop] 高圧力と量子ビームのマリアージュによる新規物性分野開拓の物質科学研究会 (2017)
  • Place of Presentation: 茨城大学
  • Year and Date: 2017-03-24 – 2017-03-25