第一原理計算と融合したμSR法の開発と強相関電子系の特異な磁気的基底状態の解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H04463
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 渡邊 功雄 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (40260195)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 妹尾 仁嗣 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (30415054) ; 足立 匡 上智大学, 理工学部, 教授 (40333843) ; 松浦 弘泰 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40596607) ; 石井 康之 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (90391854) ; 檜原 太一 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (00814360) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ミュオン位置計算 / 第一原理計算 / 超微細相互作用

Outline of Annual Research Achievements

<<ミュオン位置計算手法の開発>>
La系銅酸化物高温超伝導体において過去に得られている高統計μSRの結果を参照し、凡密度関数を用いた第一原理計算を進めた。いくつかの電子相関関数を用いて計算結果と実験結果を照合することにより、La系銅酸化物高温超伝導体に対して適切な電子相関関数を判断することに成功した。また、計算模型の大きさを調整することにより、μSR実験結果の再現に成功した。この成果はPhys. Rev. Research誌に掲載され、今後のミュオン位置同定の指針として世界へ公表された。
<<有機伝導体の電子状態>>同様に過去に得られている実験結果を、計算的手法により再現することを試みた。銅酸化物高温超伝導体の場合とは異なった電子相関関数と計算模型を用いることにより、局所的に存在している電子スピンが、結晶内に広がるπ結合を行う電子雲に沿って広がる様子が世界で初めて再現された。今後、成果を取りまとめることによって世界に我々のミュオン位置計算の手法を公表していく。
<<パイロクロア磁性体>>コロナ禍においてミュオン実験を実施することが困難な状態にあり、μSR実験データの取得が予定より遅延している。データが不足しているために計算研究も大きく進めることができなかった。コロナ禍の行動制限が緩和されるにともない、μSR実験を令5年度に再開させることができるようになった。実験実施に平行して簡単な計算模型で事前のミュオン位置計算を行う段階に至った。
<<銅酸化物のストライプ>>La系銅酸化物高温超伝導体の研究成果の成功に伴い、ストライプ状態へのミュオン位置計算の手法の応用が可能になった。パイロクロア酸化物への研究と同様に令5年度にμSR実験とミュオン位置計算を進めていく段階となった。
コロナ禍においても本予算支援で20報を超える論文を公表した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

コロナ禍に影響による分担者や共同研究者の研究機関への出入り制限や出勤制限による試料合成計画の遅延と、μSR実験実場所への渡航制限や移動制限により実験そのものの実施が困難になってしまった。これにより、ミュオン位置計算に必要なμSRのデータ取得が遅れたことにより、計算研究の指針が立たずに研究進捗の遅延を引き起こした。コロナ禍により行動制限が緩和された後には、μSR実験を実施する加速器の運転再開が長引き、遅延しながらも予定していたμSR実験が再度延期になるなど、研究の本幹を担う実験データの取得が遅れた。これらコロナ禍にかかる一連の外部遅延要素により研究の進捗が当初計画通りに進ませることが困難であった。

Strategy for Future Research Activity

コロナ禍における行動制限がほぼ緩和され、各研究機関における研究活動が正常に戻りつつあるため、各分担者および研究協力者とともに行動制限下では実行が困難であったパイロクロア型酸化物の合成とμSR実験の再開を急ぐ。パイロクロア型酸化物の合成に関しては足立の研究室の電気炉を占有的に利用させてもらうことによりより効率的に合成を進めていく。合成された試料は結晶構造解析・磁気測定などの評価を行い、μSR実験に備える。μSR実験は利用予定である英国のISIS加速器施設の運転再開を待ち、令5年度後半での測定を計画する。これに伴い、結晶構造解析から得られたデータをもとにミュオン位置にっかる第一原理計算を進める。また、有機伝導体に関しては妹尾らのグループと協力して計算結果のとりまとめを急ぐ。銅酸化物高温超伝導体においては、松尾らのグループと連携をより密にとることによってストライプ状態中でのミュオン位置の第一原理計算を進めていく。
コロナ禍において実施できなかった対面形式による継続的な研究打ち合わせによる研究情報共有と研究内容の検討を再開させる。コロナ禍下における各自の研究の進捗状態と現状を相互理解理解し、全体の研究計画の効率化とスピードアップを図る。また、年度後半には全体のとりまとめ会議を開催し、研究成果の論文化を目指した議論を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 11月革命大学/パジャジャラン大学/インドネシア大学(インドネシア)
  • Country Name: INDONESIA
  • Counterpart Institution: 11月革命大学/パジャジャラン大学/インドネシア大学
  • # of Other Institutions: 2
• [Int'l Joint Research] 中央大学校(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: 中央大学校
• [Int'l Joint Research] Max Plank 研究所(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Max Plank 研究所
• [Int'l Joint Research] マレーシア科学大学(マレーシア)
  • Country Name: MALAYSIA
  • Counterpart Institution: マレーシア科学大学
• [Int'l Joint Research] スラナリー工科大学/カセサート大学(タイ)
  • Country Name: THAILAND
  • Counterpart Institution: スラナリー工科大学/カセサート大学
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 4
• [Journal Article] In-situ uniaxial pressure cell for X-ray and neutron scattering experiments (2023)
  • Author(s): G. Simutis, A. Bollhalder, M. Zolliker, J. Kspert, Q. Wang, D. Das, F. Van Leeuwen, O. Ivashko, O. Gutowski, J. Philippe, T. Kracht, P. Glaevecke, T. Adachi, M. von Zimmermann, S. Van Petegem, H. Luetkens, Z. Guguchia, J. Chang, Y. Sassa, M. Bartkowiak and M. Janoschek
  • Journal Title: Rev. Sci. Instrum Volume: 94 Pages: 013906-1-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Flux roughening in spin ice with mixed ±J interactions (2022)
  • Author(s): Masaki Kato, Hiroyasu Matsuura, Masafumi Udagawa, and Masao Ogata
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 106 Pages: 094521-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.014423
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-monotonic variation of superconducting transition temperature in BaPtAs-BaPtSb solid solution (2022)
  • Author(s): T. Ogawa, K. Manabe, T. Takeuchi, T. Kida, H. Kuroe, M. Hagiwara, J. Goryo, T. Adachi and K. Kudo
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 91 Pages: 123702-1-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic state in T’-Pr1.3-xLa0.7CexCuO4 (x=0.10) studied by Compton scattering (2022)
  • Author(s): T. Kawamata, S. Saito, N. Tsuji, T. Sumura, T. Adachi, M. Kato, Y. Sakurai and Y. Koike
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 91 Pages: 114707-1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimation of the on-site Coulomb potential and covalent state in La2CuO4 by muon spin rotation and density functional theory calculations (2022)
  • Author(s): M. R. Ramadhan, B. Adiperdana, I. Ramli, D. P. Sari, A. E. Putri, U. Wydiaiswari, H. Rozak, W. N. Zaharim, A. Manaf, B. Kurniawan, M. I. Mohamed-Ibrahim, S. Sulaiman, T. Kawamata, T. Adachi, Y. Koike and I. Watanabe,
  • Journal Title: Phys. Rev. Res. Volume: 4 Pages: 033044-1-10
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-temperature short-range order in Mn3RSi (2022)
  • Author(s): H. Yamauchi, D. P. Sari, I. Watanabe, Y. Yasui, L-J. Chang, K. Kondo, T. U. Ito, M. Ishikado, M. Hagihara, M. D. Frontzek, S. Chi, J. A. Fernandez-Baca, J. S. Lord, A. Berlie, A. Kotani, S. Mori, and S. Shamoto
  • Journal Title: Comms. Mat. Volume: 1:43 Pages: 1:43
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects Light Irradiation on the Diffusion Rate of the Charge Carrier Hopping Mechanism in P3HT-ZnO Nanoparticles Studied by mu+SR (2022)
  • Author(s): E. Pratikna, L. Safriani, N. Riveli, B. Adiperdana, S. Winarsih, A. Aprilia, D. P. Sari, I. Watanabe, and Risidana
  • Journal Title: Energies Volume: 14 Pages: 2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Competing Spin-Orbital Singlet States in the 4d4 Honeycomb Ruthenate Ag3LiRu2O6 (2022)
  • Author(s): T. Takayama, M. Blankenhorn, J. Bertinshaw, D. Haskel, N. A. Bogdanov, K. Kitagawa, A. N. Yaresko, A. Krajewska, S. Bette, G. McNally, A. S. Gibbs, Y. Matsumoto, D. P. Sari, I. Watanabe, G. Fabbris, W. Bi, T. I. Larkin, K. S. Rabinovich et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. Res. Volume: 4 Pages: 043079
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Density Functional Theory Study of Muon Hyperfine Interactions in 12mer Single-Strand Adenine, Cytosine, and Thymine Oligomers (2022)
  • Author(s): W. N. Zaharim, S. Sulaiman, S. N. A. Bakar, N. E. Ismail, A. Jamaludin, A. F. Rozlan, A. L. Sin, and I. Watanabe
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 91 Pages: 094301
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Antiferromagnetic Ordering of Organic Mott Insulator l－(BEDSe-TTF)2GaCl4 (2022)
  • Author(s): A. Ito, T. Kobayashi, D. P. Sari, I. Watanabe, Y. Saito, A. Kawamoto, H. Tsunakawa, K. Satoh, and H. Taniguchi
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 106 Pages: 045114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Density Functional Theory Investigation of Muon Hyperfine Interaction in Guanine-Cytosine Double-Strand DNA (2022)
  • Author(s): A. Jamaludin, W. N. Zaharim, S. Sulaiman, H. Rozak, A. Lee Sin, and I. Watanabe, “Density Functional Theory Investigation of Muon Hyperfine Interaction in Guanine-Cytosine Double-Strand DNA
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 91 Pages: 024301
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Perovskite as a spin current generator (2021)
  • Author(s): M. Naka, Y. Motome, and H. Seo
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 2013 Pages: 125114-1-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Impurity Effects on Ferromagnetic Fluctuations in Heavily Overdoped (Bi,Pb)2Sr2Cu1-yFeyO6+d; Cuprates (2021)
  • Author(s): M. Hiroi, S. Nishiinoue, I. Shigeta, M. Ito, K. Koyama, A. Kondo, K. Kindo, I. Watanabe, M. Fujii, S. Kimura, H. Manaka, and N. Terada
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 90 Pages: 084701
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Impurity Effects on Ferromagnetic Fluctuations in Heavily Overdoped (Bi,Pb)2Sr2Cu1-yFeyO6+d Cuprates (2021)
  • Author(s): Y. Komiyama, S. Onishi, M. Harada, H. Kuwahara, H. Kuroe, K. Kurashima, T. Kawamata, Y. Koike, I. Watanabe, and T. Adachi,
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 90 Pages: 084701
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of Cu Spin Fluctuations in High-Tc Cuprate Superconductor Nanoparticles Investigated by Muon Spin Relaxation (2021)
  • Author(s): S. Winarsih, F. Budiman, H. Tanaka, T. Adachi, A. Koda, Y. Horibe, B. Kurniawan, I. Watanabe, and Risdiana Risdiana
  • Journal Title: Nanomaterials Volume: 11 Pages: 3450
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Muon Spin Rotation at the Crossover Regime between Gaussian and Lorentzian Distribution of Magnetic Fields (2021)
  • Author(s): M. D. Umar, K. Ishida, R. Murayama, D. P. Sari, U. Widyaiswari, M. Fronzi, H. Rozak, W. N. Zaharim, I. Watanabe, and M. Iwasaki
  • Journal Title: Prog. Theor. Exp. Phys. Volume: 083I01 Pages: 083I01
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spin-gap Formation due to Spin-Peierls Instability in pi-Orbital-Ordered NaO2 (2021)
  • Author(s): M. Miyajima, F. Astuti, T. Fukuda, M. Kodani, S. Iida, S. Asai, A. Matsuo, T. Masuda, K. Kindo, T. Hasegawa, T. C. Kobayashi, T. Nakano, I. Watanabe, and T. Kambe
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 104 Pages: L140402
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Density Functional Theory Study of 12mer Single-Strand Guanine Oligomer and Associated Muon Hyperfine Interaction (2021)
  • Author(s): W. N. Zaharim, S. N. A. Ahmad, S. Sulaiman, H. Rozak, D. F. H. Baseri, N. A. M. Rosli, S. S. Mohd-Tajudin, L. S. Ang, and I. Watanabe
  • Journal Title: ACS Omega Volume: 6 Pages: 29641
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quantum Disordered State in the J1+-J2 Square-lattice Antiferromagnet Sr2Cu(Te0.95W0.05)O6 (2021)
  • Author(s): S. Yoon, W. L. S. Lee, J. Park, C. H. Lee, Y. S. Choi, S.-H. Do, W-J Choi, W-T. Chen, F. Chou, D. I. Gorbunov, Y. Oshima, A. Ali, Y. Singh, A. Berlie, I. Watanabe, and K-Y. Choi
  • Journal Title: Phys. Rev. Materials Volume: 5 Pages: 014411
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Density Functional Theory Investigation of Hyperfine Interaction in DNA Nucleobase and Nucleotide Muoniated Radicals (2021)
  • Author(s): W. N. Zaharim, H. Rozak, S. Sulaiman, S. N. A. Ahmad, D. F. H. Baseri, S. S. Mohd-Tajudin, L. S. Ang, and I. Watanabe
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 90 Pages: 044301
• [Journal Article] Distorted Superconducting Nodal Line on a Single Fermi Surface in the Anisotropic Organic Superconductor l-(BETS)2GaCl4 (2021)
  • Author(s): D. P. Sari, R. Asih, K. Hiraki, T. Nakano, Y. Nozue, Y. Ishii, A. D. Hillier, and I. Watanabe
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 104 Pages: 224506
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dzyaloshinskii;Moriya Interaction between Multipolar Moments in 5d1 Systems (2020)
  • Author(s): Masashi Hosoi, Tomonari Mizoguchi, Taichi Hinokihara, Hiroyasu Matsuura, Masao Ogata
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 89 Pages: 074702-1-8
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.074702
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Using uniaxial stress to probe the relationship between competing superconducting states in a cuprate with spin-stripe order (2020)
  • Author(s): Z. Guguchia, D. Das, C. N. Wang, T. Adachi, N. Kitajima, M. Elender, F. Brckner, S. Ghosh, V. Grinenko, T. Shiroka, M. Moller, C. Mudry, C. Baines, M. Bartkowiak, Y. Koike, A. Amato, J. M. Tranquada, H.-H. Klauss, C. W. Hicks and H. Luetkens,
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 125 Pages: 097005-1-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anomalous Hall effect in κ-type organic antiferromagnets (2020)
  • Author(s): M. Naka, S. Hayami, H. Kusunose, Y. Yanagi, Y. Motome, and H. Seo
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 102 Pages: 175112-1-11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiorbital antiferromagnetic metal induced by intramolecular self-doping (2020)
  • Author(s): R Takagi, H. Gangi, K. Miyagawa, E. Nishibori, H. Kasai, H. Seo, B Zhou, A. Kobayashi, and K. Kanoda
  • Journal Title: Phys. Rev. Research Volume: 2 Pages: 033321-1-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Magnetic Behaviour of T’-type Eu2CuO4 Revealed by Muon Spin Rotation and Relaxation Measurements (2020)
  • Author(s): M. Fujita, K. M. Suzuki, S. Asano, H. Okabe, A. Koda, R. Kadono, and I. Watanabe,
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 102 Pages: 045116-1-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin Structure at Zero Magnetic Field and Field-Induced Spin Reorientation Transition in a Layered Organic Canted Antiferromagnet Bordering a Superconducting Phase (2020)
  • Author(s): (466)K. Oinuma, N. Okano, H. Tsunakawa, S. Michimura, T. Kobayashi, J. Angel, I. Watanabe, Y. Ishii, H. Okamoto, T. Itou, H. Taniguchi, and K. Satoh
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 102 Pages: 035102
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Comparison of Effective Magnetic Moment on Impurity Substitution Dependence of Eu2-xCexCu1-y(Zn,Ni,Fe)yO4+d (2022)
  • Author(s): Muhammad Abdan Syakuur, Atiek Rostika, Utami Widyaiswari, Dita Puspita Sari, Togar Saragi, Isao Watanabe, and Risdiana
  • Organizer: LT29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Particle-Size Effect of Magnetic Properties on La2-xSrxCuO4 Nanoparticles (2022)
  • Author(s): Anita Eka Putri, Budhy Kurniawan, and Isao Watanabe
  • Organizer: LT29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Scanning Tunneling Microscopy Studies of Electron Transfer in DNA (2022)
  • Author(s): Muhammad Hanif Che Lah, Mohammed Faruque Reza, Shaharum Shamsuddin, Jafri Malin Abdullah, Koichi Ichimura, Isao Watanabe
  • Organizer: LT29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Density Functional Theory Calculations with Different Electronic Correlational Functionals Applied to La2CuO4 (2022)
  • Author(s): Supparat Charoenphon, Pakpoom Reunchan, and Isao Watanabe
  • Organizer: LT29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Remaining Spin Fluctuations of Nd in Nd2Ru2O7 Observed by Muon Spin Relaxation Down to Sub-K Region (2022)
  • Author(s): Utami Widyaiswari, Hideaki Sakai, Noriaki Hanasaki, Dita Puspita Sari, and Isao Watanabe
  • Organizer: LT29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Developments of analysis functions for muSR time spectra which show intermediate shapes between Gaussian and Lorentzian (2022)
  • Author(s): I. Watanabe1,2,4,5,Muhamad Dawris Umar, Katsuhiko Ishida, Rie Murayama, Dita Puspita Sari, Utami Widiyaswari, Marco Fronzi, Wan Nurfadhilah Zaharim, Harison Rozak, Masahiko Iwasaki
  • Organizer: muSR2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DFT Investigations on Magnetic Properties with Muon in La2CuO4 by Using LSDA+U Functional (2022)
  • Author(s): Supparat Charoenphon, Pakpoom Reunchan, and Isao Watanabe
  • Organizer: muSR2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Superconductivity nearby quantum critical points in hole-doped organic strange metal k-(ET)4Hg3-xBr8, x=11% (2022)
  • Author(s): D. P. Sari, M. Kaito, U. Widyaiswari, I. Watanabe, H. Taniguchi, and Y. Ishii
  • Organizer: muSR2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic Properties of La2CuO4 Nanoparticles (2022)
  • Author(s): A. E. Putri, S. Winarsih, B. Kurniawan, T. Goto, T. Adachi, I. Watanabe
  • Organizer: muSR2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nano-Size Effect of Magnetic Properties on La2CuO4 (2022)
  • Author(s): Anita Eka Putri, Suci Winarsih, Hirofumi Tanaka, Yoichi Horibe, Tadashi Adachi, Takayuki Goto, Budhy Kurniawan, and Isao Watanabe
  • Organizer: M2S2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Superconductivity Nearby Quantum Spin Liquid States in Doped Organic Metal (2022)
  • Author(s): D. P. Sari, Y. Cai, M-V. deToro Sanchez, K. M. Kojima, I. Watanabe, Y. Ishii, H. Taniguchi
  • Organizer: M2S2022
  • Int'l Joint Research