2020 Fiscal Year Research-status Report
超音波を用いた結晶構造がもつカイラリティとフラストレーションによる多極子物性研究
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19K03719
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
石井 勲 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (20444713)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電気四極子 / カイラリティ / 幾何学的フラストレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，物質の結晶構造がもつ特異性であるカイラリティ（対掌性）や幾何学的フラストレーションに起因した電気四極子のカイラルらせん秩序や，フラストレーション効果による電気四極子のゆらぎと量子ゆらぎとが相まった量子臨界現象の解明を目指す。多極子による電子状態に富む，結晶構造のカイラリティや幾何学的フラストレーションをもつ物質群に着目し，電気四極子の良いプローブである超音波実験を駆使して系統的な研究を行う。
令和二年度は，研究対象物質の一つであるカゴメ格子状化合物DyNiAlの超音波実験において弾性ソフト化を観測した。得られたデータの量子力学的解析から，このソフト化が電気四極子に起因することを明らかにするとともに，その電子状態を明らかにした。磁場中実験から異なる磁場方向での磁場誘起相転移の存在を明らかにし，実験結果と計算結果から，それぞれ異なる多極子に起因した相転移であることを明らかにした。この結果は，磁場の方向によって多極子の秩序状態がスイッチすることを示唆する。研究成果は学術論文として発表した。
希土類を置換したHoNiAlやErNiAlの超音波実験も行い，両物質で電気四極子に起因した弾性ソフト化を観測した。この他に希土類化合物NdOs2Zn20，NdIr2Zn20ではf電子に起因した磁場に依存しない弾性ソフト化を見出した。その起源については現在検討中であり，来年度以降の実験結果とも併せて解明を目指す。また，カゴメ格子化合物Tb3Ru4Al12の電子状態を明らかにし，学術論文として公表した。
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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
COVID-19問題があり，予定していたドイツ国立ドレスデン強磁場研究所での出張実験は行えなかったものの，国内実験を精力的に行ったことにより，おおむね順調に研究は進んでいる。具体的には，研究対象物質の一つの電子状態を明らかにし，多極子による磁場誘起相転移の秩序状態が磁場によりスイッチすることを見出した。他の希土類化合物でも物性への多極子の影響を見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
カイラリティに関しては，カイラルらせん磁気秩序が報告されているYbNi3Al9やYb(Ni1－xCux )3Al9の超音波実験を行い，カイラリティと多極子が絡んだ物性研究を行う。幾何学的フラストレーションに関しては，COVID-19問題による状況が改善され次第，令和二年度に行えなかったドイツ国立ドレスデン強磁場研究所でのDy3Ru4Al12やDyNiAlの超音波実験を行って弾性異常の起源を解明するとともに，磁場誘起多極子秩序の臨界磁場近傍の物性を明らかにする。また，希土類を置換した化合物についても国内外で超音波実験を行い，系統的研究を進める。
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| Causes of Carryover |
令和二年度に使用可能な直接経費の範囲内で研究の遂行に必要な消耗品を購入した。COVID-19問題により出張が制限されたため，出張に計上した経費は使用しなかった。上記理由と必要経費の節約にも努めた結果，次年度使用額が生じた。令和三年度の経費と合わせて物品費および旅費として使用する。
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Research Products
(13 results)
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[Presentation] DyNiAlにおける磁場誘起相転移2021
Author(s)
鈴木大地, 石井勲, 梅野寛大, 蔵田湧紀, 和田侑樹, A. V. Andreev, 宮田敦彦, D. I. Gorbunov, S. Zherlitsyn, J. Wosnitza, 鈴木孝至
Organizer
日本物理学会 第76回年次大会
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