2021 Fiscal Year Research-status Report
Probing itinerant j=3/2 fermions with quantum oscillations
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21K03448
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
野原 実 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (70272531)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅原 仁 神戸大学, 理学研究科, 教授 (60264587)
播磨 尚朝 神戸大学, 理学研究科, 教授 (50211496)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | j=3/2フェルミオン / フェルミ面 / スピン軌道相互作用 / 量子振動 / 軌道交差 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、伝導する j = 3/2 フェルミオンの特徴が、結晶空間反転対称性の破れに起因したフェルミ面のスピン分裂に現れることを、ドハース・ファンアルフェン効果（dHvA効果）における「軌道交差」現象を用いて検証することを目的としている。そのために、第１年度は (a) ハーフホイスラー合金の高品質単結晶を育成し、(b)シュブニコフ・ドハー ス (SdH) 効果の量子振動の予備的な測定を行った。また (c) フェルミ面の j テクスチャに関する理論的検討を行った。
(a) ハーフホイスラー合金の高品質単結晶育成においては、YPtBi, LuPdBi, ScPdBiの単結晶をBiフラックス法により育成し、最大1mm^3程度の大きさの単結晶試料を得た。エネルギー分散蛍光X線分析 (EDX) により化学組成の分析を、X線解析により結晶構造の解析を行い、目的化合物が得られたことを確認した。さらに電気抵抗率の温度依存性および磁気抵抗が、キャリア数が少ない半金属から期待される振る舞いを示すことを確認した。LaPtBiにおいてはBiおよびPbフラックスを用いた結晶育成を試みたがLaPtBi 結晶は得られず、LaPt3の結晶が得られた。
(b) YPtBiとLuPdBiの結晶を用いてシュブニコフ・ドハー ス (SdH) 効果の量子振動の予備的な測定を行った。いずれの結晶においても1.8 K, 9 Tまでの温度・磁場条件で量子振動は現れなかった。YPtBiにおいては0.5 K, 9Tまでの条件での測定を行い、SdH効果による量子振動が現れることが確認できた。これよりフェルミ面の極値断面積を得た。
(c) フェルミ面の j テクスチャに関しては、LuPtBiの電子構造計算を行い、スピン自由度による大きなパリティ分裂があることが予想された。フェルミ準位近傍はLu-d電子の寄与が大きいが、大きなパリティ分裂はBi-6p電子の寄与によるものと考えられる。
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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
(a) ハーフホイスラー合金の高品質単結晶育成の項目においては、YPtBi, LuPdBi, ScPdBi の単結晶を得ることができ、YPtBi および LuPdBi については蛍光X線による化学組成分析とX線回折実験による同定が完了している。ScPdBiは当初計画にはなかったものであり、当初計画以上に進んでいるといえる。一方で、LaPtBiの結晶は得られなかったという点で遅れているが、副産物としてLaPt3単結晶が得られてたという進展もあった。
(b) シュブニコフ・ドハー ス (SdH) 効果の量子振動実験の項目においては、YPtBiにおいて0.5 K, 9Tまでの条件での測定を行い、SdH効果による量子振動が現れることが確認できている。
(c) フェルミ面の j テクスチャに関する理論の項目においては、LuPtBiの電子構造計算を行い、フェルミ面のパリティ分裂（ j テクスチャ）に関する情報を得つつある。
以上のように、YPtBi, LuPdBi, ScPdBiの結晶育成が完了し、YPtBiにおいてはSdH効果による量子振動が観測できたこと、理論的な検討も進んでいることから、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(a) ハーフホイスラー合金の高品質単結晶育成の項目においては、既に得られたYPtBi, LuPdBi, ScPdBiの単結晶試料の長時間熱処理（アニール）の条件を最適化し、結晶の純良化を進める。LaPtBiについては、Bi/Pbフラックスの濃度と育成温度を変化させた実験を進め、継続してLaPtBi単結晶の育成を試みる。
(b) シュブニコフ・ドハー ス (SdH) 効果の量子振動実験の項目においては、純良化された単結晶資料における測定を実施する。特に3He 冷凍機と14 T超伝導マグネットによる低温・強磁場実験を行い、量子振動の角度依存性のデータ取得まで進める。またドハース・ファンアルフェン効果（dHvA効果）の予備的な実験も行う。得られた量子振動について、パリティ分裂に着目しながら、理論的に計算したフェルミ面との比較を行う。
(c) 副産物として得られたLaPt3単結晶の特性を調べる。特にX線構造解析、電気抵抗率と磁化測定を行い、超伝導などの特徴的な物性が発現しないか確認する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響で、当初計画していた実験、研究打合せ、成果発表のための国内旅費を執行できなかった。次年度使用額については、実験、研究打合せ、成果発表のための追加の国内旅費、および液体ヘリウム代などの追加の消耗品費として有効に活用する。
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[Journal Article] Enhanced Superconductivity in Close Proximity to Polar-Nonpolar Structural Phase Transition in Se/Te-Substituted PtBi22022
Author(s)
K. Takaki, M. Yamamoto, M. Nakajima, T. Takeuchi, H. Y. Nguyen, M. Nohara, Y. Kishioji, T. Fujii, K. Yoshino, S. Miyasaka, and K. Kudo
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 91
Pages: 034703-1-6
DOI
Peer Reviewed
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