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

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01839
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 青木 勇二 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (20231772)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: スピン軌道強結合電子 / ディラック電子 / 磁気抵抗 / 巨大反磁性効果 / カイラル結晶構造

Outline of Annual Research Achievements

前年度に引き続き、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、電子輸送や磁性などの物性に重要な役割を果たしていると考えられる化合物に着目し、物性探索や基礎物性測定を進めた。
新たに、多層クラスター構造を持つ化合物群にも研究対象を広げた。強スピン軌道結合伝導体であると考えられるPt-Cd化合物においては、異常な巨大反磁性効果を見出した。これは、本系の伝導バンドにディラック電子状態が存在し、それに起因して発現している効果の可能性がある。また、本系の低温比熱測定により、極めて低い励起エネルギーを持つフォノン異常を見出した。フォノン分散の第一原理計算結果と比較することにより、この異常は、多層クラスターのユニークな入れ子構造に由来して発現する、巨大振幅を持つ、低エネルギー光学格子振動モードに対応することを明らかにした。
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、残留抵抗比が100以上に達する世界最高レベルの単結晶の育成に成功した。これを用いて、磁気抵抗などの基礎物性測定を進めた。dHvA効果測定により、三方晶結晶構造に由来するフェルミ面の特徴的なトポロジーを明らかにすることに成功した。幾つかの化合物については、新たな超伝導状態を見つけ、その臨界磁場の異方性を明らかにした。さらに、これらのカイラル結晶構造を持つ物質群の電子状態を明らかにするために、ARPES測定などをはじめとする幾つかの共同研究を進めた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ローマ・ラ・サピエンツァ大/欧州シンクロトロン放射光研究所(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: ローマ・ラ・サピエンツァ大/欧州シンクロトロン放射光研究所
• [Int'l Joint Research] グルノーブル国立研究所/Institut Laue-Langevin(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: グルノーブル国立研究所/Institut Laue-Langevin
• [Journal Article] Weyl-Kondo semimetal behavior in the chiral structure phase of Ce3Rh4Sn13 (2023)
  • Author(s): K. Iwasa, K. Suyama, S.O.-Kawamura, K. Nakajima, S. Raymond, P. Steffens, A. Yamada, T. D. Matsuda, Y. Aoki, I. Kawasaki, S. Fujimori, H. Yamagami, and M. Yokoyama
  • Journal Title: Phys. Rev. Materials Volume: 7 Pages: 014201 [11]
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.7.014201
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Investigation of the phonon dispersion associated with superlattice reflections in the BiS2-based superconductor LaBiS2O0.5F0.5 (2023)
  • Author(s): Hiromu Tamatsukuri, Takumi Hasegawa, Hajime Sagayama, Masaichiro Mizumaki, Youichi Murakami, Joe Kajitani, Ryuji Higashinaka, Tatsuma D. Matsuda, Yuji Aoki, and Satoshi Tsutsui
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 107 Pages: 024303 [9]
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.024303
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconducting properties of cage compounds YbTr2Al20 with Tr = Mo and Ta (2023)
  • Author(s): N. Nakamura, R. Higashinaka, Y. Aoki, H. Sato, T.D. Matsuda
  • Journal Title: Solid State Communications Volume: 363 Pages: 115098 [5]
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2023.115098
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fermi Surface and Superconducting Properties of alpha-IrSn4, alpha-RhSn4, IrGe4, and RhGe4 with Trigonal Chiral Structure (2023)
  • Author(s): Naoki Nakamura, Ayano Yanuma, Yuma Chiba, Rumi Omura, Ryuji Higashinaka, Hisatomo Harima, Yuji Aoki, Tatsuma D. Matsuda
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 92 Pages: 034701 [15]
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.034701
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Possible Partially Disordered Sm State Coexisting with Heavy Quasiparticles in SmAu3Al7 (2023)
  • Author(s): Ryuji Higashinaka, Hayato Masuda, Yousuke Takahashi, Akira Yamada, Masaichirou Mizumaki, Satoshi Tsutsui, Tatsuma D. Matsuda, Hideyuki Sato, and Yuji Aoki
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 92 Pages: 034601 [8]
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.034601
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Large diamagnetism and low-lying optical phonon modes in Pt-Cd gamma-phase (2022)
  • Author(s): Nazir Ahmad, Takumi Hasegawa, Naoki Nakamura, Ryuji Higashinaka, Tatsuma D. Matsuda, Yuji Aoki
  • Journal Title: J. Alloys Compd. Volume: 901 Pages: 163520 [8]
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.163520
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Magnetization and thermal expansion measurements on the Ising magnet SmPt2Si2: Potential coexistence of spin glass and antiferromagnetic states (2021)
  • Author(s): Takashi Tayama, Tatsuma D. Matsuda, Ryuji Higashinaka, and Yuji Aoki
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 104 Pages: 174418 [9]
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.174418
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sm valence determination of Sm-based Intermetallics using 149Sm Mossssbauer and Sm LIII-edge X-ray absorption spectroscopies (2021)
  • Author(s): Satoshi Tsutsui, Ryuji Higashinaka, Raito Nakamura, Kosuke Fujiwara, Jin Nakamura, Yoshio Kobayashi, Takashi U. Ito, Yoshitaka Yoda, Kazuo Kato, Kiyofumi Nitta, Naomi Kawamura, Masaichiro Mizumaki, Tatsuma D. Matsuda and Yuji Aoki
  • Journal Title: Hyperfine Interact Volume: 242 Pages: 32 [10]
  • DOI: 10.1007/s10751-021-01759-x
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Gd2PdSi3 のSkyrmion 相におけるTopological Hall 効果の磁場方向依存性 (2023)
  • Author(s): 田中なつみ, 嶋田隼輔, 中村直貴, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会2023 年春季大会
• [Presentation] ARPESによるカイラル結晶IrGe4，IrSn4 の電子状態 (2023)
  • Author(s): 林元輝, 山本陽太郎, 大川万里生, 中村直貴, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二, 小澤健一, 北村未歩, Marek Kopciuszynski, Alexey Barinov, Naurang. L. Saini, 溝川貴司
  • Organizer: 日本物理学会2023 年春季大会
• [Presentation] SmAu3Al7が示す重い電子状態と共存した部分無秩序相における磁気構造 (2023)
  • Author(s): 東中隆二, 北川紘章, 金子耕士, 伊藤孝, 大原高志, 田端千紘, 鬼柳亮嗣, 萩原雅人, 中尾朗子, 神戸振作, 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会2023 年春季大会
• [Presentation] 単結晶中性子回折によるSmAu3Al7が示す部分無秩序相の研究 (2023)
  • Author(s): 北川紘章, 東中隆二, 金子耕士, 伊藤孝, 大原高志, 田端千紘, 鬼柳亮嗣, 萩原雅人, 中尾朗子, 神戸振作, 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会2023 年春季大会
• [Presentation] カイラル構造を持つTrX4(Tr: Rh, Ir, X: Ge, Sn) における輸送特性とフェルミ面の研究 (2022)
  • Author(s): 矢沼彩乃, 中村直貴, 大村瑠美, 千葉優馬, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二, 播磨尚朝
  • Organizer: 日本物理学会2022 年春季大会
• [Presentation] 単結晶PrNb2Al20 のNMR 緩和率測定 (2022)
  • Author(s): 久保徹郎, 藤秀樹, 小手川恒, 播磨尚朝, 東中隆二, 中間章浩, 青木勇二, 佐藤英行, 井原慶彦, 後藤貴行, 平田倫啓, 佐々木孝彦
  • Organizer: 日本物理学会2022 年春季大会
• [Presentation] SmTi2Al20 のAl サイトへのZn, Cd 置換効果 (2022)
  • Author(s): 岩見匠真, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会2022 年春季大会
• [Presentation] 希土類かご状物質での局所原子揺らぎの観測 (2022)
  • Author(s): 小林洋大, KEIKO WIDYANISA, 星翔太, 荒瀬将太朗, 松浦航, 伊賀文俊, 原嘉昭, 金子耕士, 東中隆二,青木勇二, 松田達磨, 八方直久, 林好一, 大山研司
  • Organizer: 日本物理学会2022 年春季大会
• [Presentation] 量子臨界物質YbRh2Si2 の硬X 線分光理論 (2022)
  • Author(s): 雀部矩正, 河端拓, 明渡悠, 阿部晃大, 松本孝之, 下笠諒平, 保井晃, 河村直己, 池永英司, 筒井智嗣, 佐藤仁, 松田達磨, 渡辺真仁, 魚住孝幸, 水牧仁一朗, 三村功次郎
  • Organizer: 日本物理学会2022 年春季大会
• [Presentation] Substitution effects of Zn or Cd for Al in SmTi2Al20 (2022)
  • Author(s): Ryuji Higashinaka, Takuma Iwami, Md Asif Afzal, Tatsuma D Matsuda, and Yuji Aoki
  • Organizer: 29th International Conference on Low Temperature Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Non-Kramers CrystalIine-Electric-Field Doublet-Triplet Excitation and Slow Dynamics in PrNb2AI20 Studied by Nuclear Magnetic Resonance (2022)
  • Author(s): Tetsuro Kubo Hideki Tou, Hisashi Kotegawa, Hisatomo Harima, Ryuji Higashinaka, Akihiro Nakama, Yuji Aoki, Hideyuki Sato, Yoshihiko lhara, Takayuki Goto, Michihiro Hirata, Takahiko Sasaki
  • Organizer: 29th International Conference on Low Temperature Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カゴ状物質Ir3Ge7の熱物性研究 (2022)
  • Author(s): 松田達磨, 清藤真由子, N. Ahmed, 中村直貴, 東中隆二, 山下愛智, 水口佳一, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会2022 年秋季大会
• [Presentation] ARPES によるカイラル結晶IrGe4 の電子状態 (2022)
  • Author(s): 林元輝, 大川万里男, 中村直貴, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二, 北村未歩, 志賀大亮, 組頭広志, N. L. Saini, 溝川貴司
  • Organizer: 日本物理学会2022 年秋季大会
• [Presentation] カイラル結晶alpha-RhSn4 の異方的な電子輸送特性 (2021)
  • Author(s): 矢沼彩乃, 中村直貴, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二:
  • Organizer: 日本物理学会2021 年秋季大会
• [Presentation] カイラル化合物IrGe4 の低温物性測定と超伝導特性 (2021)
  • Author(s): 中村直貴, 大村瑠美, 千葉優馬, 東中隆二, 青木勇二, 松田達磨
  • Organizer: 日本物理学会2021 年秋季大会
• [Presentation] 擬二次元金属beta-IrSn4 が示す異常な線形磁気抵抗 (2021)
  • Author(s): 嶋田隼輔, 中村直貴, 矢沼彩乃, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会2021 年秋季大会
• [Presentation] Sm 強相関化合物SmAu3Al7 のμSR 実験による基底状態の探索 (2021)
  • Author(s): 東中隆二, 岩見匠真, 斉藤光亮, 伊藤孝, 中村惇平, 髭本亘, 神戸振作, 幸田章宏, 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会2021 年秋季大会
• [Presentation] Superconductivity in chiral structure Y3Rh4Ge13 (2021)
  • Author(s): Md Asif Afzal, Nazir Ahmed, Ryo Tsubota, Ryuji Higashinaka, Tatsuma D. Matsuda, Yuji Aoki
  • Organizer: 日本物理学会2021 年秋季大会
• [Presentation] Electronic structure of skyrmion-hosting Gd2PdSi3 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2021)
  • Author(s): Yuyang Dong, Yosuke Arai, Kenta Kuroda, Misayuki OchiA, Natsumi TanakaB, Hiroaki Tanaka, Yuxuan Wan, Kiyohisa TanakaC, Shin-ichiro IdetaC, Takayuki MuroD, Tatsuma D. MatsudaB, Takeshi Kondo
  • Organizer: 日本物理学会2021 年秋季大会
• [Remarks] 東京都立大学大学院理学研究科物理学専攻「年次報告」
  • URL: http://www.phys.se.tmu.ac.jp/?page_id=51