2020 Fiscal Year Annual Research Report
磁性イオンを通じて制御できるスピン軌道強結合電子の新奇輸送現象
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19H01839
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
青木 勇二 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (20231772)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スピン軌道強結合電子 / 超格子反射 / 電荷密度波 / 磁気抵抗 / カイラル結晶構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピンと軌道角運動量が強く結合した「スピン軌道強結合電子」が、電子輸送などの物性に重要な役割を果たしていると考えられる幾つかの層状構造を持つ化合物に着目し、物性探索や基礎物性測定を進めた。
これまでの研究から異常な磁気抵抗を見出していたEu3Bi2S4F4については、単結晶育成を進め、純良な単結晶を用いた磁気抵抗測定を進めた。その特徴を、磁場-温度相図に整理し、Euイオン磁性に起因する磁気抵抗の振る舞いを詳細に調べた。
Biを含むBiS2層状化合物では、これまでに、結晶対称性が低下する特異な構造相転移を見出していたが、起源が未解明であった。これを明らかにするために、放射光X線散乱を用いてLaO0.5F0.5BiS2の高精度単結晶構造解析を行った。その結果、260K以下の低温相において、不整合超格子反射を発見し、その変調波数を決定することに成功した。これに対応する結晶歪を詳細に解析し、これがBiS2層に発生した電荷密度波として理解できることを示した。これは、超伝導が発現するBiS2層の電子状態の特性を理解する上で、重要な知見を与えているものと考えられる。さらに、放射光非弾性X線散乱によるフォノン分散測定やフォノン分散の第一原理計算を共同研究として行い、電子系が持つ不安定性に起因している可能性を指摘した。偏極X線吸収広域微細構造(EXAFS)実験も組み合わせ、局所構造歪みについても調べた。
カイラル結晶構造を持つalpha-IrSn4や IrGe4などの金属間化合物については、右手系、左手系のそれぞれについて単相の単結晶粒を作り分けながら、純良化と物性測定を進めた。
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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
高い角度分解能を持つ磁場中角度回転システムを構築し、単結晶を用いた高精度磁気抵抗測定を可能とする予定であったが、新型コロナウイルス感染拡大のために、この装置整備は当初の計画より遅れた。しかし、その後の装置改良は順調に進み、磁場中の試料回転を行いながら磁気抵抗等の測定を行うことが可能となった。
スピン軌道強結合電子の特徴の発現が期待される物質の探索についても、新たな化合物群に研究を拡大することができた。
本研究により育成された純良単結晶試料を用いて、国内外における多くの物性測定グループとの多方面からの共同研究も順調に進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に得られた成果と課題を考慮しつつ、さらに発展させる方向で、スピン軌道強結合電子に起因する特異物性の発現が期待される幾つかの化合物について、新規電子状態の探索と究明を進める。
多層クラスター構造を持つ強スピン軌道結合伝導体と考えられるPt-Cd化合物において、ディラック電子状態に起因する可能性のある異常な物性を見出したため、多層クラスターのユニークな入れ子構造に着目した物性についても、今度多方面から調べて行く。
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Research Products
(15 results)
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[Journal Article] Evolution of the Fermi surface in superconductor PrO1-xFxBiS2 (x=0.0, 0.3, and 0.5) revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy2021
Author(s)
T. Morita, Y. Matsuzawa, S. Kumar, E. F. Schwier, K. Shimada, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, N. L. Saini, and T. Mizokawa
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 103
Pages: 094510 [6]
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Transverse-type Lattice Modulation in LaO0.5F0.5BiS2: Possible Charge Density Wave Formation2021
Author(s)
Joe Kajitani, Ryoko Sagayama, Hajime Sagayama, Keisuke Matsuura, Takumi Hasegawa, Reiji Kumai, Youichi Murakami, Masaaki Mita, Takuya Asano, Ryuji Higashinaka, Tatsuma D. Matsuda, Yuji Aoki
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Journal Title
J. Phys. Soc. Jpn.
Volume: 90
Pages: 103601 [5]
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The local structure of the BiS2 layer in RE(O,F)BiS2 determined by in-plane polarized x-ray absorption measurements2021
Author(s)
G. M. Pugliese, L. Tortora, E. Paris, Takanori Wakita, K. Terashima, A. Puri, Masanori Nagao, R. Higashinaka, Tatsuma D. Matsuda, Y. Aoki, T. Yokoya, Takashi Mizokawa, Naurang L. Saini
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Journal Title
Physchem
Volume: 1
Pages: 250-258
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Isotropic parallel antiferromagnetism in the magnetic field induced charge-ordered state of SmRu4P12 caused by p-f hybridization2020
Author(s)
T. Matsumura, S. Michimura, T. Inami, C. H. Lee, M. Matsuda, H. Nakao, M. Mizumaki, N. Kawamura, M. Tsukagoshi, S. Tsutsui, H. Sugawara, K. Fushiya, T. D. Matsuda, R. Higashinaka, and Y. Aoki
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 102
Pages: 214444 [11]
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] SmRu4P12 磁場誘起電荷秩序相における長短型反強磁性と格子変調2021
Author(s)
松村武, 道村真司, 稲見俊哉, 李哲虎, 松田雅昌, 中尾裕則, 水牧仁一朗, 河村直己, 筒井智嗣, 塚越舜, 菅原仁, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二
Organizer
日本物理学会2021 年春季大会
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[Presentation] 内殻硬X 線光電子線二色性による反強磁性体SmPt2Si2 における4f 軌道対称性の研究2020
Author(s)
有長祐人, 濱本諭, 近藤佑宥, 藤原秀紀, 西本幸平, 姫野良介, 木須孝幸, 中田惟奈, 今田真, 田中新, 中川広野, 山崎篤志, 東谷篤志, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 山田瑛, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二, 関山明
Organizer
日本物理学会 2020年秋季大会
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[Presentation] 角度分解光電子分光によるカイラル結晶IrGe4 の電子状態2020
Author(s)
島岩泰暉, 密岡拓心, 溝川貴司, 大村瑠美, 千葉優馬, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二, 島田賢也, Shiv Kumar,Eike F. Schwier, A. Barinov, V. Kandyba, A. Giampietri, N.L. Saini
Organizer
日本物理学会 2020年秋季大会
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