超強磁場中性子・ＸＭＣＤによる量子磁気偏極相の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23224009
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 野尻 浩之 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80189399)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鳴海 康雄 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50360615) ; 桑原 慶太郎 茨城大学, 理工学研究科, 准教授 (90315747) ; 中村 哲也 公益財団法人高輝度光科学研究センター, ー, 研究員 (70311355) ; 中島 健次 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, J-PARCセンター, 研究主幹 (10272535) ; 大山 研司 茨城大学, 理工学研究科, 教授 (60241569)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 強磁場 / 量子ビーム / 量子相転移 / X線分光 / 中性子散乱

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、世界をリードする超強磁場中性子回折とX線分光により超低還元温度下の磁場誘起量子相を探求することである。本年度は、以下の成果を得た。1. URu2Si2の強磁場磁気秩序が面内非整合磁気秩序であることを決定した。これは30年以上謎であった同物質の強磁場下の基底状態を定めるという画期的な成果である。2. 1.9K, 40Tまで測定出来る軟X線測定装置の立ち上げに成功し、Ce系のメタマグ転移物質等の研究に応用した。この結果は、超低還元温度(0.035)において、基底状態の性質を研究出来る手法を確立するもので、XMCDの利用に新しい領域を切り拓いた。3. 中性子およびX線等を駆使して、フラストレートした擬１次元鎖beta-TeVO4において、スピンネマテイック相を見いだした。この物質はS=1/2の系として、ネマテイック相の存在を明確に示した稀な例である。4. X線自由電子レーザーとパルス磁場を用いて微弱な超格子反射を測定する手法を世界で初めて確立し、高温超伝導体YBCOの磁場誘起電荷密度波の波数に新しい成分があり、強磁場中で電荷秩序が３次元性を持つ事を明らかにした。これは、フェルミ面の変化や対称性の変化を伴う電子相転移を、超強磁場下で回折実験により決定する手法が確立された事を意味し、画期的な成果である。5. マルチフェロイック物質LiNiPO4において、磁場中の中性子回折実験により、磁気構造、異方性が磁場依存する系での分極機構について明らかにした。6. Eu系の磁場誘起価数転移において、初めて飽和に到る全ての過程の価数とサイト毎の磁化を定量的に決定する事に成功し、磁場誘起価数転移理解の標準的な手法を確立した。これらの成果を通して、超強磁場中性子回折とX線分光におけるこれまでの優位性をさらに延ばし、今後も、世界をリードする基盤を確立する事が出来た。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Stanford National Accelerator Laboratory/Stanford University/Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Stanford National Accelerator Laboratory/Stanford University/Oak Ridge National Laboratory
  • # of Other Institutions: 2
• [Int'l Joint Research] University of British Columbia/Canadian Institute for Advanced Research(Canada)
  • Country Name: Canada
  • Counterpart Institution: University of British Columbia/Canadian Institute for Advanced Research
• [Int'l Joint Research] Helmholtz Zentrum Berlin(Germany)
  • Country Name: Germany
  • Counterpart Institution: Helmholtz Zentrum Berlin
• [Int'l Joint Research] LNCMI/Commissariat l’Energie Atomique/Institut Laue-Langevin(France)
  • Country Name: France
  • Counterpart Institution: LNCMI/Commissariat l’Energie Atomique/Institut Laue-Langevin
• [Int'l Joint Research] Technical University of Denmark/Niels Bohr Institute(Denmark)
  • Country Name: Denmark
  • Counterpart Institution: Technical University of Denmark/Niels Bohr Institute
• [Journal Article] Three-dimensional charge density wave order in YBa2Cu3O6.67 at high magnetic fields (2015)
  • Author(s): S. Gerber, H. Jang, H. Nojiri, S. Matsuzawa, H. Yasumura, D. A. Bonn, R. Liang, W. Nardy, Z. Islam, A. Mehta, S. Song, M. Sikorski, D. Stefanescu, Y. Feng, S. A. Kivelson, T. P. Devereaux, Z.-X. Shen, C.-C. Kao, W.-S. Lee, D. Zhu, J.-S. Lee
  • Journal Title: Science Volume: 350 Pages: 949-952
  • DOI: 10.1126/science.aac6257
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spin-stripe phase in a frustrated zigzag spin-1/2 chain (2015)
  • Author(s): M. Pregelj, A. Zorko, O. Zaharko, H. Nojiri, H. Berger, L.C. Chapon, D. Archon
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 6 Pages: 8255-1-8
  • DOI: 10.1038/ncomms8255
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Intermultiplet transitions in filled skutterudite SmFe4P12 (2015)
  • Author(s): S. Konno, A. Suzuki, K. Nihei, K. Kuwahara, D. Kawana, T. Yokoo and S. Itoh
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 592 Pages: 012029-1-7
  • DOI: 10.1088/1742-6596/592/1/012029
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] パルス中性子源におけるチョッパー型分光器(I) (2015)
  • Author(s): 中島健次, 梶本亮一
  • Journal Title: 波紋 Volume: 25 Pages: 39-46
• [Presentation] U(Ru1-xRhx)2Si2強磁場相の磁気構造 (2016)
  • Author(s): 野尻浩之, 木原工, 鳴海康雄, 青木大, 桑原慶太郎, M. Pascal, L. P. Regnault, W. Knafo, F. Duc
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会(2016年)
  • Place of Presentation: 東北学院大, 仙台市
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] XFELによる強磁場X線吸収分光装置の開発とEu(Rh0.7Ir0.3)2Si2の磁場誘起価数転移への応用 (2016)
  • Author(s): 安村光正, 野尻浩之, 松澤智, Jun-Sik Lee, Diling Zhu, 光田暁弘, 和田裕文
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会(2016年)
  • Place of Presentation: 東北学院大, 仙台市
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] マルチフェロイック物質LiNiPO4のリエントラント強磁場整合相における中性子回折と電気分極機構 (2016)
  • Author(s): 木原工, 野尻浩之, 鳴海康雄, 松田雄輔, Rasmus Toft-Petersen, Ellen Fogh, Niels Bech Christensen, 三宅厚志, 徳永将史
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会(2016年)
  • Place of Presentation: 東北学院大, 仙台市
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] マルチフェロイック物質CuFeO2の価数状態 (2016)
  • Author(s): 鳴海康雄, 中村哲也, 池野豪一, 寺田典機, 北澤英明, 金道浩一, 野尻浩之
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会(2016年)
  • Place of Presentation: 東北学院大, 仙台市
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] 近藤半導体YbB12のZr置換によるフェルミ準位チューニング (2016)
  • Author(s): 和田徹, 植松直之, 石井克弥, 林健人, 伊賀文俊, 桑原慶太郎, 佐藤桂輔, 佐藤仁, 伊藤晋一, 横尾哲也, 井深壮史, 近藤晃弘, 金道浩一
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会(2016年)
  • Place of Presentation: 東北学院大, 仙台市
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] 正方晶EuZn2Ge2の低温単結晶X線回折測定 (2016)
  • Author(s): 平林輝, 沼倉凌介, 柴田紘平, 牛窪佑紀, 小松慧士, 西川潮, 小山田幸介, 小坂昌史, 道村真司, 片野進, 本元悟, 桑原慶太郎
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会(2016年)
  • Place of Presentation: 東北学院大, 仙台市
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] 高圧力下における単結晶中性子回折と電気抵抗の同時測定を目指した技術開発II (2016)
  • Author(s): 長壁豊隆, 本元悟, 桑原慶太郎
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会(2016年)
  • Place of Presentation: 東北学院大, 仙台市
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] Inelastic Instruments at MLF, J-PARC- Opportunities at MLF (2016)
  • Author(s): Kenji Nakajima
  • Organizer: ANSTO-J-PARC Workshop
  • Place of Presentation: J-PARCセンター、東海村
  • Year and Date: 2016-03-02 – 2016-03-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Inelastic Instruments at MLF, J-PARC- Opportunities at MLF (2016)
  • Author(s): Kenji Nakajima
  • Organizer: The 15th Korea-Japan Meeting on Neutron Science
  • Place of Presentation: Busan, Korea
  • Year and Date: 2016-01-06 – 2016-01-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Pulsed High Magnetic Field Experiments with X-Ray FEL (2016)
  • Author(s): H. Nojiri
  • Organizer: Physical Phenomena at High Magnetic Fields VIII
  • Place of Presentation: Tallahassee, USA
  • Year and Date: 2016-01-05 – 2016-01-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 強磁場軟X線分光による重い電子系メタ磁性体CeRh2Si2の研究 (2015)
  • Author(s): 鳴海康雄, 木原工, 安村光正, 野尻浩之, 青木大, 小谷佳範, 保井晃, 中村哲也, 金道浩一
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学, 吹田市
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [Presentation] パルス強磁場X線磁気円二色性装置の極低温化 (2015)
  • Author(s): 安村光正, 鳴海康雄, 野尻浩之, 小谷佳範, 中村哲也
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学, 吹田市
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [Presentation] X線自由電子レーザーを用いたパルス超強磁場中回折実験の装置開発 (2015)
  • Author(s): 松澤智, 野尻浩之, 安村光正, Chi-Chang Kao, Diling Zhu, Jun-Sik Lee
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学, 吹田市
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [Presentation] 近藤半導体YbB12のZr置換によるspin - charge自由度分離 (2015)
  • Author(s): 和田徹, 植松直之, 石井克弥, 林健人, 伊賀文俊, 桑原慶太郎, 佐藤桂輔, 佐藤仁, 伊藤晋一, 横尾哲也, 井深壮史, 近藤晃弘, 金道浩一
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学, 吹田市
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [Presentation] 充填スクッテルダイトEuFe4As12の粉末中性子回折 (2015)
  • Author(s): 丸山信博, 桑原慶太郎, 星川晃範, 石垣徹, 西根康平, 関根ちひろ
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学, 吹田市
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [Presentation] 強磁場中性子回折と強磁場X線回折ー強相関系と超伝導体への最近の応用 (2015)
  • Author(s): 野尻浩之
  • Organizer: CROSSroads of Users and J-PARC:物質の構造と機能
  • Place of Presentation: いばらき量子ビーム研究センター, 東海村
  • Year and Date: 2015-09-07 – 2015-09-08
  • Invited
• [Presentation] High magnetic field physics revealed by synchrotron x-ray and neutron sources in conjunction with pulsed magnetic fields (2015)
  • Author(s): Yasuo Narumi
  • Organizer: Argonne National Laboratory MATERIALS SCIENCE SEMINAR
  • Place of Presentation: Argonne, USA
  • Year and Date: 2015-08-05 – 2015-08-05
  • Invited
• [Presentation] High Magnetic Field X-ray Experiments with Synchrotron Radiation and Free Electron Laser (2015)
  • Author(s): H. Nojiri, S. Matsuzawa, H. Yasumura, Y. Narumi, C. C. Kao, D. Zhu, J-S Lee
  • Organizer: Research in High Magnetic Fields 2015
  • Place of Presentation: Grenoble, France
  • Year and Date: 2015-07-01 – 2015-07-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Separation of multiple magnetic sites by 40 T pulsed magnetic field XMCD (2015)
  • Author(s): Y. Narumi
  • Organizer: Research in High Magnetic Fields 2015
  • Place of Presentation: Grenoble, France
  • Year and Date: 2015-07-01 – 2015-07-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quantum crystallization of magnons in almost perfectly frustrated dimer magnets Ba2MSi2O6Cl2 (M=Co and Ni) (2015)
  • Author(s): Hidekazu TANAKA, Nobuyuki KURITA, Makiko OKADA, Masato KOIKE, Kotaro FUJII, Kohei JOHMOTO, Hidehiro UEKUSA, Akira MATSUO, Koichi KINDO, and Hiroyuki NOJIRI
  • Organizer: Research in High Magnetic Fields 2015
  • Place of Presentation: Grenoble, France
  • Year and Date: 2015-07-01 – 2015-07-04
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 高温超伝導体の電荷秩序における3次元性を発見―パルス超強磁場とX線レーザーパルスの融合が拓く新地平－
  • URL: http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/info/results/2015.html#re1105
• [Remarks] New Dimension to High-Tc Superconductivity
  • URL: https://www6.slac.stanford.edu/news/2015-11-05-researchers-discover-new-dimension-high-temperature-superconductivity.aspx
• [Remarks] フラストレートした強磁性鎖でスピンストライプ相を発見
  • URL: http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/info/results/2015.html#re1105
• [Remarks] 30テスラ超強磁場・軟Ｘ磁気円二色性測定により磁性誘電体が示す価数選択磁化を解明
  • URL: http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/info/results/2015.html#re1105