Study on Electronic states in Non-centrosymmetric compounds

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18J15180
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: 垣花 将司 琉球大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2020-03-31
• Keywords: 結晶反転対称性の破れ / スキルミオン / Eu化合物

Outline of Annual Research Achievements

本研究では磁性原子であるEu原子を含む結晶反転対称性の破れた化合物EuPtSiがf電子系で初めてスキルミオンの磁気構造を持っていることを明らかにした。
本研究ではMoるつぼを使ったブリッジマン法で初めてEuPtSiの単結晶試料の育成に成功し、4.0 Kで反強磁性転移があることを明らかにした。また、ネール温度以下の温度2 Kで行なった磁場を[111]方向に加えた磁化曲線には二段階のメタ磁性転移が存在し、このメタ磁性転移が起こる磁場HA1と HA2は0.5 K以下では観測されず閉じた磁気相を形成していることが明らかになった。このEuPtSiの磁気相をA相と名付け、このA相内の物性について研究を進めて行ったところA相ではスキルミオンの磁気構造に由来する創発磁場のためホール抵抗にトポロジカルホール抵抗と呼ばれる異常が観測された。
磁場を[100]方向に加えた際にはHA1, HA2の間だけではなく新たにもう一つの閉じた磁気相であるB相が観測され、[110]方向と[112]方向に加えた際には観測されないことも明らかになった。
これらのEuPtSiのA相の磁気構造は共同研究者によって中性子散乱実験や共鳴X線散乱の実験がなされていて、スキルミオンの特徴であるtriple-qベクトルが観測されている。そのためEuPtSiのA相はスキルミオンである可能性が非常に高いと言え、これらの実験から得られたqベクトルから得られたスキルミオンの形成する渦の大きさは１8オングストロームであることが見積もられた。このスキルミオンの大きさはこれまでに知られているMnSiのスキルミオンの大きさ180オングストロームに比べて１桁小さい値となっている。EuPtSiのA相はMnSiのA相との共通点も多いが、異方性やスキルミオンの大きさなど全く異なる振る舞いも見られた。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Unique Helical Magnetic Order and Field-Induced Phase in Trillium Lattice Antiferromagnet EuPtSi (2019)
  • Author(s): K. Kaneko, M. D. Frontzek, M. Matsuda, A. Nakao, K. Munakata, T. Ohhara, M. Kakihana, Y. Haga, M. Hedo, T. Nakama, and Y. Onuki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Pages: 013702-013706
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.013702
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Superconducting and Fermi Surface Properties in Pyrite-type Compounds CuS2 and CuSe2 (2019)
  • Author(s): M. Kakihana, T. D. Matsuda, R. Higashinaka, Y. Aoki, A. Nakamura, D. Aoki, H. Harima, M.Hedo, T. Nakama, and Y. Onuki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Pages: 014701-014708
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.014702
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Electronic States of Antiferromagnet FeSn and Pauli paramagnet CoSn (2019)
  • Author(s): M. Kakihana, K. Nishimura, D. Aoki, A. Nakamura, M. Nakashima, Y. Amako, T. Takeuchi, T. Kida, T. Tahara,M. Hagiwara, H. Harima, M.Hedo, T. Nakama, and Y. Onuki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Pages: 014705-014711
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.014705
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] De Haas-van Alphen Oscillations for Small Electron Pocket Fermi Surfaces and Huge H-linear Magnetoresistances in Degenerate Semiconductors PbTe and PbS (2019)
  • Author(s): S. Kawakatsu, K. Nakaima, M. Kakihana, Y. Yamakawa, H. Miyazato, T. Kida, T. Tahara, M. Hagiwara, D. Aoki, A. Nakamura, Y. Tatetsu, T. Maehira, M. Hedo, T. Nakama, and Y. Onuki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Pages: 013704-013708
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.013704
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Giant Hall Resistivity and Magnetoresistance in Cubic Chiral Antiferromagnet EuPtSi (2018)
  • Author(s): M. Kakihana, D. Aoki, A. Nakamura, F. Honda, M. Nakashima, Y. Amako, S. Nakamura, T. Sakakibara, M. Hedo, T. Nakama, and Y. Onuki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 87 Pages: 023701-023704
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.023701
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 立方晶キラル反強磁性体 EuPtSi と関連する化合物の磁性 (2018)
  • Author(s): 垣花将司, 太田 譲二，中島 美帆，天児 寧，青木 大，仲村 愛，辺土 正人，仲間 隆男，大貫 惇睦
  • Organizer: 日本物理学会 2018 年秋季大会
• [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