2017 Fiscal Year Annual Research Report
DC Electric Field and Current: Novel Control Parameters for Strongly Correlated Electron Systems
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17H06136
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
前野 悦輝 京都大学, 理学研究科, 教授 (80181600)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 文彦 久留米工業大学, 工学部, 教授 (40231477)
寺崎 一郎 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30227508)
菊川 直樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (00442731)
吉田 鉄平 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (10376600)
岡崎 竜二 東京理科大学, 理工学部物理学科, 講師 (50599602)
鈴木 孝至 広島大学, 先端物質科学研究科, 教授 (00192617)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | 非平衡定常状態(NESS) / NESS / ルテニウム酸化物 / モット絶縁体 / モット半金属 / 反磁性 / 熱電現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
7月に久留米工業大学でキックオフ・ミーティングを行い、最新の研究成果とメンバーの役割分担について情報共有を深めた。そして、以下の物質系ごとに、電場・電流による非平衡定常状態での新奇現象の研究を進めた。2018年3月の日本物理学会（東理大、野田）でのシンポジウム「Control of Strongly Correlated Electron Systems with DC Current」に本基盤研究の分担者が4名登壇した。
【1】4ｄ電子系ルテニウム酸化物 Ca2RuO4 ◆1-1 電流誘起の反磁性とモット半金属状態（前野、中村、吉田、鈴木）：定常電流下での導電性・磁性の詳しい温度-電流相図を構築した。発見した巨大反磁性について、《モット半金属》の概念を含めた論文をサイエンス誌に発表した。◆1-2 電場誘起の絶縁体・金属転移（寺崎、中村、岡崎、前野、吉田、鈴木）：電場・電流誘起の構造一次相転移を伴う絶縁体・金属転移の光電子分光による電子状態観測や、国際共同研究での表面相分離ドメイン構造イメージングで成果が挙がった。◆（岡崎、寺崎、中村）：通電下でゼーベック係数が増大するという新しい熱電現象を発見して論文発表した。
【2】4d電子系ルテニウム酸化物 Ca3Ru2O7（前野、菊川）：微量Ti置換したモット絶縁相に対し、Ca2RuO4と同様の非平衡定常現象が、ジュール発熱の効果が無視できる小さな直流電流で起こることを見出して温度-電流の相図を含めてその詳細を明らかにしたので、論文投稿準備に取り掛かった。
【3】 3d電子系酸化物（菊川、岡崎、中村、鈴木、寺崎、前野）：ギャップの小さなモット絶縁体を選んで、ルテニウム酸化物と同様の効果を探索した。
【4】 5d電子系イリジウム酸化物（前野、寺崎）：層状ペロブスカイト酸化物とパイロクロア型酸化物で研究を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
◆本研究の初期の柱となる成果論文が11月にサイエンス誌に出版された。その反響は大きく、招待される講演の数も次第に増している。また、米国、ドイツで我々の成果の再現実験が行われ、世界的にも注目を集め始めている。
◆鈴木が提案した2018年3月の日本物理学会でのシンポジウム「Control of Strongly Correlated Electron Systems with DC Current」が採択された。8名の講演者のうち本基盤研究の分担者が4名、海外からの招聘が2名で、全て英語講演で行い、200名近い聴衆を集めた。このシンポジウムは、当初H30年度に予定していた「小規模国際会議」の役割を十分果たすのものとなった。
◆久留米工業大学では、博士研究員（特別研究員）を1名雇用した。京都大学では、日本物理学会WEB等にも公募案内を出したが、適任者が決まらず、早急に再度、応募者を募る予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
強相関電子系物質が非平衡定常状態（Non-Equilibrium Steady State；NESS）で生み出す創発現象の研究展開の世界的先駆けを目指して、引き続き4つの物質系での研究を推進する。7月初旬に、課題メンバーと共同研究者による第2回目の研究会を京都大学で開催する。技術的には、NESSの基本測定を分担者の複数研究室でできるよう装置の整備を図る。すなわち、通電下での輸送現象・磁化の同時測定を、超伝導量子干渉素子を用いた標準的な精密磁化測定装置で行うための試料ロッドを必要な分担者に配備する。物質系ごとの重点研究項目は以下の通りである。
【1】4ｄ電子系ルテニウム酸化物 Ca2RuO4：単結晶試料を共同研究者に提供しての国際・国内共同研究の推進に一層力を注ぐ。
【2】4d電子系ルテニウム酸化物 Ca3Ru2O7：微量Ti置換したモット絶縁相では、NESSでのスイッチングが低温で可逆的に起こる。強磁場下での性質も含め、その詳細を明らかにする。
【3】3d電子系酸化物：Ti、Mn、Co, Cu等を含む、ペロブスカイト酸化物からギャップの小さな絶縁体を選んでNESSでの新奇現象を探る。
【4】 5d電子系イリジウム酸化物：スピン軌道相互作用の増大で有効なJeffに基づくモット絶縁相に対する定常電場・電流の効果について研究を進める。国内外の研究協力者から提供の単結晶も用いる。
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[Presentation] 電場印加硬X線光電子分光によるCa2RuO4の電子状態の研究2017
Author(s)
柴田大輔, 下中大也, 川本雅人, 山脇一真, 大槻太毅, 池永英司, 宍倉愛, Chanchal Sow, 米澤進吾, 前野悦輝, 中村文彦, 出田真一郎, 田中清尚, 吉田鉄平
Organizer
日本物理学会 2017年秋季大会
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