Development of apparatus for measuring field-angle-resolved entropy and its application to frustrated magnetic materials

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H01161
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: 橘高 俊一郎 中央大学, 理工学部, 准教授 (80579805)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: フラストレート磁性体 / スピンアイス / エントロピー / 比熱 / 磁気熱量効果 / 磁場回転

Outline of Annual Research Achievements

2020年3月末で東京大学物性研究所助教を退職し、2020年4月に中央大学理工学部准教授に着任した。着任直後に感染症拡大によるキャンパス閉鎖が発生したが、新しい研究室を立ち上げながら最終年度となる本研究課題の実施に注力した。具体的には、新超伝導体UTe2の磁場角度分解比熱測定結果を論文にまとめ、Phys. Rev. Research誌で発表した。本論文では、比熱の磁場角度依存性から超伝導ギャップのa軸方向にポイントノードを持つノンユニタリースピン三重項超伝導である可能性を指摘した。また、a軸方向の磁場下では超伝導転移温度が目立って抑制されることを見出し、ノンユニタリー状態の秩序変数が容易軸（a軸）方向の磁化により制御されると考えればGL理論の枠組みで定性的に説明できることを示した。実際に、微小なa軸方向の磁場成分により常伝導状態の比熱が有意に変化することも報告した。本結果は、日本物理学会2020年秋季大会のシンポジウムや日仏オンラインワークショップで口頭発表を行った。UTe2は強い磁気異方性を持ち、本研究で開発した試料ステージを頑丈に固定した高感度熱量計が大変役立った。他にも、磁気モーメントの幾何学的フラストレーションに伴うゼロ磁場量子臨界現象が期待されるCeRhSnについて、磁場角度分解エントロピーの実験結果を結晶場計算結果と比較し、Ceの価数変化が非フェルミ液体的性質の原因である可能性を指摘した。これらの研究成果を論文にまとめてJ. Phys. Soc. Jpn.誌に投稿し、2021年3月に同誌に掲載が許可された。他にもPbTaSe2など様々な物質に本装置を応用し、新たな知見を獲得した。装置開発を含む一連の研究成果が評価され、令和2年度科学技術分野の文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Southeast University/Zhejiang University of Technology(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Southeast University/Zhejiang University of Technology
• [Journal Article] Field-angle-resolved Landscape of Non-Fermi-liquid Behavior in the Quasi-kagome Kondo Lattice CeRhSn (2021)
  • Author(s): Shunichiro Kittaka, Yohei Kono, Suguru Tsuda, Toshiro Takabatake, and Toshiro Sakakibara
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 90 Pages: 064703(1-6)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.90.064703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Orientation of point nodes and nonunitary triplet pairing tuned by the easy-axis magnetization in UTe2 (2020)
  • Author(s): Shunichiro Kittaka, Yusei Shimizu, Toshiro Sakakibara, Ai Nakamura, Dexin Li, Yoshiya Homma, Fuminori Honda, Dai Aoki, and Kazushige Machida
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 2 Pages: 032014(R)(1-6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.032014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evidence for nematic superconductivity of topological surface states in PbTaSe2 (2020)
  • Author(s): Tian Le, Yue Sun, Hui-Ke Jin, Liqiang Che, Lichang Yin, Jie Li, G. M. Pang, C. Q. Xu, L. X. Zhao, S. Kittaka, T. Sakakibara, K. Machida, R. Sankar, H. Q. Yuan, G. F. Chen, Xiaofeng Xu, Shiyan Li, Yi Zhou, and Xin Lu
  • Journal Title: Science Bulletin Volume: 65 Pages: 1349-1355
  • DOI: 10.1016/j.scib.2020.04.039
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fully gapped superconductivity without sign reversal in the topological superconductor PbTaSe2 (2020)
  • Author(s): Yue Sun, Shunichiro Kittaka, Toshiro Sakakibara, Kazushige Machida, R. Sankar, Xiaofeng Xu, Nan Zhou, Xiangzhuo Xing, Zhixiang Shi, Sunseng Pyon, and Tsuyoshi Tamegai
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Pages: 024517(1-7)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.024517
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Kitaev Spin Liquid Candidate OsxCl3 Comprised of Honeycomb Nano-Domains (2020)
  • Author(s): K. Kataoka, D. Hirai, T. Yajima, D. Nishio-Hamane, R. Ishii, K.-Y. Choi, D. Wulferding, P. Lemmens, S. Kittaka, T. Sakakibara, H. Ishikawa, A. Matsuo, K. Kindo, and Z. Hiroi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 89 Pages: 114709(1-9)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.114709
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] （一般シンポジウム講演）角度回転比熱測定からの超伝導ギャップ構造 (2020)
  • Author(s): 橘高 俊一郎
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] Superconducting gap structure of UTe2 studied from field-angle-resolved measurements of its specific heat (2020)
  • Author(s): S. Kittaka
  • Organizer: UTe2 online workshop
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 研究室のホームページ
  • URL: https://www.phys.chuo-u.ac.jp/labs/kittaka/index.html