2021 Fiscal Year Research-status Report
多極子とキラリティーの相関が創発する新奇強相関電子状態の実証
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18KK0078
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
鈴木 孝至 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (00192617)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鬼丸 孝博 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (50444708)
石井 勲 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (20444713)
志村 恭通 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 助教 (10713125)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 多極子格子相関 / 新奇chiral量子状態 / 2チャンネル近藤効果 / chiralソリトン / 量子臨界 / 磁気相図 / 極低温熱膨張磁歪測定 / 超音波分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度も，コロナ禍により海外への渡航が出来なかった。本科研費の性格上，予算の大半は海外渡航費であるため，本年度の実施計画は，学振から許可を得て次年度へ延期した。ただし，これまで培った良好な共同研究体制により，各国の研究者はそれぞれ国内で出来ることを実施し成果を得たため，当初の計画より進んだ部分もある。概要は次の通り。
鈴木・石井：
①NdCo2Zn20の磁場中超音波実験から，全ての弾性モードで磁場に鈍感な弾性ソフト化を見出した。②Zherlitsyn博士らとの共同研究でDy3Ru4Al12のパルス磁場中超音波実験から磁場方向[100]で新たに磁場誘起相転移を見出した。③Andreev教授との共同研究で，ErNiAlの超音波実験から磁気秩序温度以下での新たな相転移を明らかにした。④Zherlitsyn博士，Andreev教授らとの共同研究でDyNiAlの磁場中超音波実験から磁場誘起の強四極子秩序を見出した。
鬼丸・志村：
①独・アウクスブルク大学のGegenwart教授との共同研究として進めているプラセオジム希薄系Y(Pr)Ir2Zn20の極低温での熱膨張と磁歪の研究において、四極子歪みの温度・磁場依存性が２チャンネル近藤効果の理論予測と符合することを明らかにした。②英・ISIS研究所のD. T. Adroja博士との共同研究として、一次元ジグザグ鎖をもつ磁性半導体YbCuS2の中性子回折実験を、ISISの高分解能中性子回折装置WISHにて行った。③特性温度の低い4f電子系の基底状態の異方性を制御する新しい手法として、一軸歪と極低温(T < 0.1 K)を両立した直流磁化測定システムを完成させ、四極子自由度をもつYbCo2Zn20に対して適用した。またCeTSn(T:遷移金属)については、主に共同研究による微視的実験を中心に行い、価数揺動物質CeIrSnの極低温領域に見出した。
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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
コロナ禍のため年度計画を次年度へ繰り越したので，遅れているとも言えるが，当初の計画以上に本年度は各国内で出来る事を進めたため，当初の計画以上に進んでいる，ともいえるので，区分はおおむね順調に進展している，を選択した。各国内で進捗した部分の概要を以下に纏める。
鈴木・石井：
①PrT2Zn20の回転不変性効果の解析から回転不変性効果で説明出来ない回転応答を見出して多極子・格子相関による磁場誘起の新奇キラル量子状態の可能性を明らかにし，その結果は学術論文として準備中である（昨年度と重複）。②NdxY1-xCo2Zn20ではf電子に起因し，複数のNdサイト間の相互作用で説明できる弾性ソフト化を明らかにした。学術論文として準備中である。③ErNiAlでは磁気秩序化での強四極子秩序を明らかにし，学術論文として投稿中である。
鬼丸・志村：
①プラセオジム希薄系Y(Pr)Ir2Zn20の極低温での熱膨張と磁歪のデータ解析について、独・アウクスブルク大学博士課程のA. Woerl氏、カールスルーエ工科大学理論グループのM. Garst教授とオンラインでつないで議論した。詳細なデータと解析の結果を原著論文としてまとめ、現在専門誌に投稿中である。②YbCuS2の中性子回折実験については、英・ISIS研究所の高分解能中性子回折装置 WISHにて実験を行った。現地に渡航できなかったため、2021年5月にオンラインで実験を行った。本成果については、強相関電子系国際会議SCESにて口頭発表し、現在原著論文を準備中である。③価数揺動物質CeIrSnにおける磁歪・熱膨張、ミューエスアール、光電子分光の結果をまとめたものが、論文として掲載された。④希釈冷凍機を用いた一軸圧下直流磁化測定システムを初めて完成させ、YbCo2Zn20に対して実施した。歪に敏感な電気四極子の磁場誘起相への関与を実証する重要な成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度，各国内に於いて進展した部分は更に進展させる。コロナ禍の状況が良く成り次第，渡航して外国で実施予定の計画を実施し，本研究計画全体を完遂する。具体的には次の通りである。
鈴木・石井：
①希土類キラル金属でキラル螺旋磁気秩序が既に報告されているYbNi3Al9や，NiをCuで6%置換したYb(Ni1－xCux )3Al9について回転応答を測定して回転対称性の自発的な破れの可能性を検証する（昨年度と重複）。②Dy3Ru4Al12の磁場方向[001]のパルス磁場中超音波実験では磁場依存性に大きな履歴現象が見られた。その起源として磁気熱量効果の可能性があるためドレスデン強磁場研究所で追加実験実験を行い，今年度得られた結果と合わせて学術論文として公表する。③ErNiAlとDyNiAlについて，強四極子秩序では巨視的な自発歪みが誘起され，結晶構造の対性生が低下するはずである。自発歪みの直接的観測（構造解析や熱膨張率測定）を行う。
鬼丸・志村：
①プラセオジム希薄系Y(Pr)Ir2Zn20と類似の非フェルミ液体的挙動を示す4f3配位のNd希薄系Y(Nd)Co2Zn20に着目し、極低温での磁気熱量効果と熱膨張、磁歪の測定を行う。また、同型構造のPr希薄系La(Pr)Ti2Al20の単結晶の作製にも成功しているので、極低温の熱膨張、磁歪の測定を計画している。②Ybジグザグ鎖をもつYbCuS2の非自明な相転移は、磁場中での中性子回折実験の課題をISISに申請し、WISHでのビームタイムを獲得した。スピンジグザグ鎖における磁気フラストレーションの効果について検証する。③価数揺動物質CeIrSnに関して、熱電能から近藤温度が約 500 Kと見積もられているが、これを微視的に確かめるため、様々な入射エネルギーの中性子非弾性散乱実験を行う。④YbCo2Zn20では磁場誘起相の消失の圧力変化を詳細に調べる。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により海外渡航が出来なくなり，学振の許可を得て計画を次年度に延期したため次年度使用額が生じた。
本年度はコロナ禍改善の兆しがあり，「今後の研究の推進方策」で述べた通りの計画に沿った経費使用を実施し，本研究計画を完遂する。
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[Journal Article] Antiferromagnetic Correlations in Strongly Valence Fluctuating CeIrSn2021
Author(s)
Y. Shimura, A. Worl, M. Sundermann, S. Tsuda, D.T. Adroja, A. Bhattacharyya, A.M. Strydom, A.D. Hillier, F. Pratt, A. Gloskovskii, A. Severing, T. Onimaru, P. Gegenwart and T. Takabatake
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 126
Pages: 217202
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 有効スピン1/2のジグザグ鎖をもつ磁性半導体YbCuS2の磁気構造2021
Author(s)
鬼丸孝博, 大曲雄大, 山本理香子, 兼島輝, 松本将弥, 森吉千佳子, 石﨑嵩人, 大山研司, D.T.Adroja, D.Khyalyavin, P.Manue
Organizer
日本物理学会2021年秋季大会
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