強磁性金属の量子臨界近傍における中性子回折磁気構造解析

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K03756
• Research Institution: 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発
• Principal Investigator: 宗像 孝司 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 副主任技師 (00363408)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金子 耕士 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (30370381) ; 長壁 豊隆 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (80354900) ; 加倉井 和久 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 特任研究員 (00204339)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 中性子回折 / 単結晶 / 高圧力 / 磁気構造 / 量子臨界

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、強相関電子系において興味深いテーマである量子相転移現象をはじめとした、高圧力下で出現する新奇な物性現象の解明へ繋がる新たな知見の獲得を中性子実験の実施により実現するために、技術的に困難である極低温かつ高圧等といった多重極限環境下の単結晶中性子回折実験技術の確立と、これを用いた対象物質の高圧下での磁気的性質(磁気構造)に関する情報を得ることを目的としている。これまでに、我々が独自に開発してきた単結晶サファイアアンビルと超硬合金(WC)アンビルを組み合わせた対向ハイブリッドアンビル方式の高圧力発生技術を遍歴強磁性体LaCrGe3に適用し、J-PARC MLFのSENJU(BL18)において高圧下中性子回折実験を実施し量子臨界近傍での磁気反射の探索を行なった。2021年度は本高圧力発生技術を利用した研究の推進のために、岡山大学理学部のグループとの共同研究として、α-Mnの圧力誘起相での中性子回折実験をSENJUで実施した。α-Mnは常圧では4つのMnサイトに大きさの異なる磁気モーメントがノンコリニアに配列し、反強磁性相へと転移することが単結晶試料を用いた過去の中性子回折実験から明らかになっている。本研究において2GPa、2.8Kの条件で測定した結果、1.5GPa以上で現れる圧力誘起相の構造はフェリ磁性相であると考えられる結果を得た。また本研究テーマに関連し、大きな試料空間と高い圧力発生効率とを合わせ持った新しい加圧方法の小型非磁性高圧セルの開発も進めた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度当初予定していたLaCrGe3の高圧下磁気相探索の継続実験が、マシンタイムの確保に至らず計画通りに実施出来なかった。しかし、より高圧下を含めて中性子実験を実施する計画を進めており、これに向けてハイブリッドアンビルセルの改良等を実施した。以上、当初計画と照らし合わせた結果、現在までの研究進捗に遅れが生じていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

本基盤研究の一年間の補助事業期間延長の承認により、当初計画に従って研究を推進して行く。改良したハイブリッドアンビルや新たに必要となる治具等の整備を進め、LaCrGe3の高圧下中性子実験を実施する計画である。得られた結果については考察を進め、成果や知見等の積極的な公表につなげる。

Causes of Carryover

今年度(2021年度)に計画していた国際会議や国内の学会・研究会等が延期あるいはオンライン開催となり、旅費等の使用額が大幅に削減したため。また中性子実験実施に要する物品費が予定よりも少額であったため。次年度は高圧中性子実験環境の整備を行なうとともに、結果の解析や成果の公表に必要な経費に充て助成金を適切に執行する。

Research Products

• [Journal Article] Improvement of nano-polycrystalline diamond anvil cells with Zr-based bulk metallic glass cylinder for higher pressures: application to Laue-TOF diffractometer (2022)
  • Author(s): Keishiro Yamashita, Kazuki Komatsu, Takashi Ohhara, Koji Munakata, Tetsuo Irifune, Toru Shinmei, Kazumasa Sugiyama, Toru Kawamata and Hiroshi Kagi
  • Journal Title: High Pressure Research Volume: 42 Pages: 121 - 135
  • DOI: 10.1080/08957959.2022.2045982
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Charge-Density-Wave Order and Multiple Magnetic Transitions in Divalent Europium Compound EuAl₄ (2021)
  • Author(s): Koji Kaneko, Takuro Kawasaki, Ai Nakamura, Koji Munakata, Akiko Nakao, Takayasu Hanashima, Ryoji Kiyanagi, Takashi Ohhara, Masato Hedo, Takao Nakama, Yoshichika Onuki
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 90 Pages: 064704 (6p)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.90.064704
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oval-cycloidal Magnetic Structure with Phase-shift in the Non-centrosymmetric Tetragonal Compound CePdSi₃ (2021)
  • Author(s): Daichi Ueta, Masahiro Yoshida, Tomohiro Kobuke, Yoichi Ikeda, Akiko Nakao, Taketo Moyoshi, Koji Munakata, Yaohua Liu, Takatsugu Masuda, and Hideki Yoshizawa
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 90 Pages: 114702 (5p)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.90.114702
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Correlated Li-ion migration in the superionic conductor Li₁₀GeP₂S₁₂ (2021)
  • Author(s): Takeshi Yajima, Yoyo Hinuma, Satoshi Hori, Rui Iwasaki, Ryoji Kanno, Takashi Ohhara, Akiko Nakao, Koji Munakata, Zenji Hiroi
  • Journal Title: J. Mater. Chem. A, Volume: 9 Pages: 11278 - 11284
  • DOI: 10.1039/D1TA00552A
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Antiferromagnetic-to-ferrimagnetic phase transition with large electric-polarization change in a frustrated polar magnet <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>CaBaCo</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:math> (2021)
  • Author(s): Tsuyoshi Omi, Yoshito Watanabe, Nobuyuki Abe, Hajime Sagayama, Akiko Nakao, Koji Munakata, Yusuke Tokunaga, and Taka-hisa Arima
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 103 Pages: 184412 (6p)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.184412
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconductivity-driven ferromagnetism and spin manipulation using vortices in the magnetic superconductor EuRbFe ₄ As ₄ (2021)
  • Author(s): Shigeyuki Ishida, Daniel Kagerbauer, Sigrid Holleis, Kazuki Iida, Koji Munakata, Akiko Nakao, Akira Iyo, Hiraku Ogino, Kenji Kawashima, Michael Eisterer, and Hiroshi Eisaki
  • Journal Title: PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) Volume: 118 Pages: 2101101118 (8p)
  • DOI: 10.1073/pnas.2101101118
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hybridization-Gap Formation and Superconductivity in the Pressure-Induced Semimetallic Phase of the Excitonic Insulator Ta₂NiSe₅ (2021)
  • Author(s): K. Matsubayashi, H. Okamura, T. Mizokawa, N. Katayama, A. Nakano, H. Sawa, T. Kaneko, T. Toriyama, T. Konishi, Y. Ohta, H. Arima, R. Yamanaka, A. Hisada, T. Okada, Y. Ikemoto, T. Moriwaki, K. Munakata, A. Nakao, M. Nohara, Y. Lu, H. Takagi, Y. Uwatoko
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 90 Pages: 074706 (6p)
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.074706
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] MLF単結晶中性子回折装置SENJの試料環境整備の現状 (2022)
  • Author(s): 宗像孝司, 鬼柳亮嗣, 大原高志, 中尾朗子, 石川喜久, 森山健太郎, 神原理
  • Organizer: 2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] 単結晶中性子回折計SENJUの最新状況 (2022)
  • Author(s): 大原高志、鬼柳亮嗣、中尾朗子、宗像孝司、石川喜久、森山健太郎、田村格良、金子耕士
  • Organizer: 2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] 中性子単結晶構造解析装置SENJUによる逆空間データのParaviewへの対応 (2022)
  • Author(s): 石川喜久, 鬼柳亮嗣, 大原高志, 中尾朗子, 宗像孝司, 森山健太郎
  • Organizer: 2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] 単結晶中性子回折計SENJUにおけるリモートアクセス環境整備 (2022)
  • Author(s): 森山健太郎, 大原高志, 鬼柳亮嗣, 中尾朗子, 宗像孝司, 石川喜久,長谷美宏幸
  • Organizer: 2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] 一軸応力が誘起するMnPの巨大磁気応答と結晶構造再構成 (2022)
  • Author(s): 小澤竜也, 藤原理賀, 内原猛, 満田節生, 矢野真一, 中尾朗子, 宗像孝司
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会
• [Presentation] 重い電子系超伝導体CeNiGe3に対する圧力下単結晶中性子回折実験 (2021)
  • Author(s): 橋本勇輝, 池田陽一, 宗像孝司, 鬼柳亮嗣, 藤田全基
  • Organizer: 第140回金研講演会
• [Presentation] Identification of crystallographic planes of a polyhedral crystal at SENJU (2021)
  • Author(s): A. Nakao, T. Moyoshi, K. Moriyama, T. Matsumura, K. Iba, S. Ohara, Y. Ishikawa, K. Munakata, T. Ohhara, R. Kiyanagi
  • Organizer: 25th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Upgrades of a TOF single-crystal neutron diffractometer SENJU for improvement of versatility (2021)
  • Author(s): T. Ohhara, R. Kiyanagi, A. Nakao, K. Munakata, Y. Ishikawa, K. Moriyama, I. Tamura, K. Kaneko
  • Organizer: 25th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Application of machine learning and kernel density estimation for efficient data treatment on single crystal diffraction data (2021)
  • Author(s): R. Kiyanagi, T. Ohhara, A. Nakao, K. Munakata, Y. Ishikawa, K. Moriyama
  • Organizer: 25th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Reciprocal Space Mapping Software for Single Crystal Diffraction (2021)
  • Author(s): Y. Ishikawa, R. Kiyanagi, T. Ohhara, A. Nakao, K. Munakata, K Moriyama, Y. Noda
  • Organizer: 25th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超イオン伝導体Li10GeP2S12の結晶構造解析と相関イオン伝導 (2021)
  • Author(s): 矢島健, 日沼洋陽, 堀智, 岩崎類, 菅野了次, 大原高志, 中尾朗子, 宗像孝司, 廣井善二
  • Organizer: 日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
• [Presentation] Magnetic skyrmion lattice in cubic f-electron magnet EuPtSi (2021)
  • Author(s): K. Kaneko, C. Tabata, T. Takeuchi, M. D. Frontzek, M. Matsuda, K. Ohishi, T. U. Ito, K. Munakata, R. Kiyanagi, M. Kakihana, Y. Onuki
  • Organizer: Current Research in Magnetism; Magnetic Skyrmion (CRIM2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] α-Mnの高圧物性 (2021)
  • Author(s): 荒木新吾, 小林達生, 西森弘顕, 秋葉和人, 岩本凱成, 宗像孝司, 長壁豊隆, 金子耕士
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 圧力下単結晶中性子回折実験による重い電子系超伝導体CeNiGe3の研究 (2021)
  • Author(s): 橋本勇輝, 池田陽一, 北澤崇文, 宗像孝司, 鬼柳亮嗣, 大原高志, 藤田全基
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 鉄系磁性超伝導体EuRbFe4As4における磁束と局所モーメントの相互作用 (2021)
  • Author(s): 石田茂之, Daniel Kagerbauer, Sigrid Holleis, 飯田一樹, 宗像孝司, 中尾朗子, 伊豫彰, 荻野拓, 川島健司, Michael Eisterer, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] ナノ多結晶ダイヤモンドとバルク金属ガラスを用いた高圧セルの開発とその場中性子回折実験 (2021)
  • Author(s): 山下恵史朗, 小松一生, KLOTZ Stefan, FABERO Oscar, FERNANDEZ-DIAZ Maria T., 大原高志, 宗像孝司, 入舩徹男, 新名亨, 杉山和正, 川又透, 鍵裕之
  • Organizer: 第62回高圧討論会
• [Presentation] 中性子単結晶構造解析装置SENJUによる変調構造解析のための経路長計算プログラムの開発 (2021)
  • Author(s): 石川喜久, 鬼柳亮嗣, 大原高志, 中尾朗子, 宗像孝司, 森山健太郎, 野田幸男
  • Organizer: 第21回日本中性子科学会年会
• [Presentation] 単結晶中性子回折計SENJUの最新状況 (2021)
  • Author(s): 大原高志，鬼柳亮嗣, 中尾朗子, 宗像孝司, 石川喜久, 森山健太郎, 田村格良, 金子耕士
  • Organizer: 第21回日本中性子科学会年会
• [Presentation] 単結晶回折データの効率的なチェックに向けた機械学習の適用 (2021)
  • Author(s): 鬼柳亮嗣，大原高志，中尾朗子，宗像孝司，石川喜久，森山健太郎
  • Organizer: 第21回日本中性子科学会年会
• [Presentation] Unique Vortex Pinning Properties of 1144-type Iron-based Superconductors (2021)
  • Author(s): S. Ishida, H. Ogino, A. Iyo, N. Takeshita, H. Eisaki, K. Kawashima, K. Iida, K. Munakata, A. Nakao, K. Yanagisawa, Y. Kobayashi, K. Kimoto, H. Abe, M. Imai, J. Shimoyama, D. Kagerbauer, S. Holleis, M. Eisterer
  • Organizer: Materials Research Meeting 2021 (MRM2021)
  • Int'l Joint Research / Invited