Frontier of high-magnetic field science through the co-development of thermodynamic measurement techniques

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23KK0052
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小濱 芳允 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90447524)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木俣 基 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20462517) ; 杉浦 栞理 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20869052)
• Project Period (FY): 2023-09-08 – 2027-03-31
• Keywords: 熱伝導 / 熱電効果 / 技術開発 / パルス磁場 / 定常強磁場

Outline of Annual Research Achievements

２０２３年度は半年間にわたって、代表の小濱、分担の木俣および杉浦、海外の共同研究者であるChristophe Marcenat博士の間で研究交流が進んだ。まず小濱の指導している博士課程の学生(松山)が２０２３年１０月から約４か月間、グルノーブルにあるChristophe博士の研究室に滞在した。小濱自身も２０２４年２月に１か月間、Christophe博士の研究室に滞在した。そしてChristophe Marcenat博士も２０２４年３月頭から２０２４年４月末の２か月間小濱の研究室に滞在した。Christophe博士の滞在期間において、Christophe博士は東北大青木研究室に５日間、さらに東北大金属材料研究所に９日間滞在した。後者の滞在では分担の木俣の保有する回転プローブを使い、低温・強磁場での熱物性測定を進めた。以上のような交流を通じて、低温・強磁場の熱測定結果が揃いつつあり、例えば２０２３年度はグルノーブルで測定された低温比熱の結果をNature Communication誌(Editor's Highlight)に出版した。相互に密接な研究交流が進んだといえ、松山・小濱のグルノーブル滞在においても、当初は予想できなかった研究者とのネットワーク構築が進んだ。これは新しい共同研究の芽生えとなっていえる。
２０２３年度における装置開発についての進展として、小濱と松山はChristophe博士が開発した高精度比熱測定プログラム・比熱測定セルの製作方法を学んだ。またChristophe博士も小濱の作った新型比熱測定セルの構造を学び、今後これらの測定セルによる研究を進めることで合意した。同様に木俣の持つ回転プローブについての議論も進み、２０２４年度における研究交流の日程及び進め方についてChristophe Marcenat博士と合意が得られた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的は、『１．強磁場・低温で稼働する様々な熱測定技術を開発』し、これを『２．物理コミュニティで注目されている物質系に応用』することである。
１番目の目的については、熱測定技術開発の土台を作るべくグルノーブルにあるChristophe博士の研究室と技術交流を行った。これにより測定プログラムおよびエレクトロニクス環境が整備され、研究代表者の研究基盤がある物性研で、グルノーブルと同等の高精度比熱測定が行える研究環境を構築できた。これはソフトウェアが整備されたことを意味する。さらには定常強磁場で有用となる、８端子を有し外径が１０Φの小型のインジウムシール型断熱セルを製作した。これはソフトウェア技術の交流のみならず、測定セル等のハードウェア技術が発展し、この技術を共有したことを意味する。そういう意味で、共同で熱測定技術を開発するという研究目的はおおむね達成していると判断した。
２番目の目的である物理コミュニティで注目されている系における研究についての進展も順調である。開発中の新しい測定技術を応用するのは不可能であるものの、既にChristophe博士の研究室で実現している99.99%という非常に高精度の比熱測定セットアップを用いて、グラファイトの比熱研究を完了させた。更には幾つか他の物質群において同様の高精度比熱測定を基盤と下共同研究を進めることができており、この研究の進展は研究初年度としては、順調と判断できる。
以上のように、装置開発および物性研究いずれの視点からも、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

２０２４年度はChristophe博士との研究交流をさらに増やしていく。小濱および小濱の指導する博士課程の学生である松山はそれぞれ独立に１ヶ月グルノーブルに滞在する予定である。Christophe博士も２０２４年度４月は日本に滞在しており、２０２４年度の研究交流は順調に進んでいる。また分担の木俣も２０２４年度中にグルノーブルへの滞在を予定しており、グループ内の相互のコミュニケーションは十分であると考えられる。
２０２４年度の研究計画の詳細であるが、小濱は当初の予定どおり、交流法による熱拡散率および熱伝導率測定技術の確立を目指す。これらの交流測定手法の確立は、次年度以降の熱電効果の測定にも応用可能と考えられ、研究活動の裾野を拡大できる。また松山は、これまでに開発した技術を用い、スピン系を中心とした物理的成果の取得・及び発表をめざす。木俣・杉浦については回転プローブや熱測定などの装置開発を進めつつ、強磁場・低温領域での研究成果の取得を目指す。
２０２５年度以降は、２０２４年度中に開発した測定技術をベースとして、装置開発のみならず物性研究における成果を得られるように共同研究を進める。

Causes of Carryover

２０２３年度に計上していた旅費が当初の予定より節約されたため、本予算の一部が次年度に繰り越された。これは先方負担などにより旅費の支払いが不要になったためである。繰り越された金額は比較的少額であるため２０２４年度の執行計画に変更は無い。２０２４年度は計画通り、国際共同研究の活性化を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Institut Neel/Univ.GrenobleAlpes/CNRS, College de France,(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Institut Neel/Univ.GrenobleAlpes/CNRS, College de France,
  • # of Other Institutions: 2
• [Int'l Joint Research] Hochfeld-Magnetlabor Dresden (HLD-EMFL)/TU Dortmund University(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Hochfeld-Magnetlabor Dresden (HLD-EMFL)/TU Dortmund University
• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique Federale de Lausanne(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
• [Int'l Joint Research] Cornell University/Los Alamos National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Cornell University/Los Alamos National Laboratory
• [Int'l Joint Research] Centre of Low Temperature Physics(スロバキア)
  • Country Name: SLOVAKIA
  • Counterpart Institution: Centre of Low Temperature Physics
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 2
• [Journal Article] Dimerization-enhanced exotic magnetization plateau and magnetoelectric phase diagrams in skew-chain Co2V2O7 (2024)
  • Author(s): Li Z. H.、Han X. T.、Dong C.、Wang H. W.、He Z. Z.、Chen R.、Liu W. X.、Lu C. L.、Kohama Y.、Tokunaga M.、Kindo K.、Ouyang Z. W.、Wang J. F.、Yang M.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 109 Pages: 094432
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.109.094432
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Field-induced compensation of magnetic exchange as the possible origin of reentrant superconductivity in UTe2 (2024)
  • Author(s): Helm Toni、Kimata Motoi、Sudo Kenta、Miyata Atsuhiko、Stirnat Julia、Forster Tobias、Hornung Jacob、Konig Markus、Sheikin Ilya、Pourret Alexandre、Lapertot Gerard、Aoki Dai、Knebel Georg、Wosnitza Joachim、Brison Jean-Pascal
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 15 Pages: 37-1~10
  • DOI: 10.1038/s41467-023-44183-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 強磁場下の物性研究における＋αの研究技術 (2023)
  • Author(s): 小濱 芳允
  • Journal Title: 応用物理 Volume: 92 Pages: 556～559
  • DOI: 10.11470/oubutsu.92.9_556
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] パルス強磁場での熱測定 (2023)
  • Author(s): 小濱芳允、野本哲也
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 58 Pages: 556~559
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonreciprocal Phonon Propagation in a Metallic Chiral Magnet (2023)
  • Author(s): T. Nomura, X.-X. Zhang, R. Takagi, K. Karube, A. Kikkawa, Y. Taguchi, Y. Tokura, S. Zherlitsyn, Y. Kohama, and S. Seki
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 130 Pages: 176301-1~6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.176301
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Correlation-driven organic 3D topological insulator with relativistic fermions (2023)
  • Author(s): Nomoto Tetsuya, Imajo Shusaku, Akutsu Hiroki, Nakazawa Yasuhiro, Kohama Yoshimitsu
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 2130-1~7
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37293-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simultaneous measurement of specific heat and thermal conductivity in pulsed magnetic fields (2023)
  • Author(s): Tetsuya Nomoto,Chengchao Zhong,Hiroshi Kageyama,Yoko Suzuki,Marcelo Jaime,Yoshiaki Hashimoto,Shingo Katsumoto,Naofumi Matsuyama,Chao Dong,Akira Matsuo,Koichi Kindo,Koichi, Izawa,Yoshimitsu Kohama
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 94 Pages: 54901-1~9
  • DOI: 10.1063/5.0143875
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unveiling new quantum phases in the Shastry-Sutherland compound SrCu2(BO3)2 up to the saturation magnetic field (2023)
  • Author(s): Nomura T., Corboz P., Miyata A., Zherlitsyn S., Ishii Y., Kohama Y., Matsuda Y. H., Ikeda A., Zhong C., Kageyama H., Mila F.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 3769-1~7
  • DOI: 10.1038/s41467-023-39502-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-field phase diagram of the chiral-lattice antiferromagnet Sr(TiO)Cu4(PO4)4 (2023)
  • Author(s): Toshihiro Nomura, Yasuyuki Kato, Yukitoshi Motome, Atsushi Miyake, Masashi Tokunaga, Yoshimitsu Kohama, Sergei Zherlitsyn, Joachim Wosnitza, Shojiro Kimura, Tsukasa Katsuyoshi, Tsuyoshi Kimura, and Kenta Kimura
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: 054434-1~11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.054434
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Signatures of a magnetic superstructure phase induced by ultrahigh magnetic fields in a breathing pyrochlore antiferromagnet (2023)
  • Author(s): Gen Masaki, Ikeda Akihiko, Aoyama Kazushi, Jeschke Harald O., Ishii Yuto, Ishikawa Hajime, Yajima Takeshi, Okamoto Yoshihiko, Zhou Xuguang, Nakamura Daisuke, Takeyama Shojiro, Kindo Koichi, Matsuda Yasuhiro H., Kohama Yoshimitsu
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 120 Pages: e2302756120-1~7
  • DOI: 10.1073/pnas.2302756120
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Random singlets in the s=5/2 coupled frustrated cubic lattice Lu3Sb3Mn2O14 (2023)
  • Author(s): Chanhyeon Lee,Suheon Lee,Heung-Sik Kim,Shunichiro Kittaka,Yoshimitsu Kohama,Toshiro Sakakibara,Ki Hoon Lee,J. van Tol,Denis I. Gorbunov,Seung-Hwan Do,Sungwon Yoon,Adam Berlie,Kwang-Yong Choi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Pages: 214404-1~8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.214404
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Liquid helium-cooled high-purity copper coil for generation of long pulsed magnetic fields (2023)
  • Author(s): Yoshimitsu Kohama,Yoshihiko Ihara,Zhuo Yang,Kazuki Matsui,Koichi Kindo
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 94 Pages: 74701-1~8
  • DOI: 10.1063/5.0147438
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unveiling phase diagram of the lightly doped high-Tc cuprate superconductors with disorder removed (2023)
  • Author(s): Kifu Kurokawa,Shunsuke Isono,Yoshimitsu Kohama,So Kunisada,Shiro Sakai,Ryotaro Sekine,Makoto Okubo,Matthew D. Watson,Timur K. Kim,Cephise Cacho,Shik Shin,Takami Tohyama,Kazuyasu Tokiwa,Takeshi Kondo
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 4064-1~9
  • DOI: 10.1038/s41467-023-39457-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Radio frequency electrical resistance measurement under destructive pulsed magnetic fields (2023)
  • Author(s): T. Shitaokoshi,S. Kawachi,T. Nomura,F. F. Balakirev,Y. Kohama
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 94 Pages: 94706-1~7
  • DOI: 10.1063/5.0165680
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Band structure, g -factor, and spin relaxation in n -type InAsP alloys (2023)
  • Author(s): Sunil K. Thapa,Rathsara R. H. H. Mudiyanselage,Thalya Paleologu,Sukgeun Choi,Zhuo Yang,Y. Kohama,Y. H. Matsuda,Joseph Spencer,Brenden A. Magill,Chris J. Palmstrom,Christopher J. Stanton,Giti A. Khodaparast
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: 115202-1~12
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.115202
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rhombic skyrmion lattice coupled with orthorhombic structural distortion in EuAl4 (2023)
  • Author(s): Masaki Gen,Rina Takagi,Yoshito Watanabe,Shunsuke Kitou,Hajime Sagayama,Naofumi Matsuyama,Yoshimitsu Kohama,Akihiko Ikeda,Yoshichika Onuki,Takashi Kurumaji,Taka-hisa Arima,Shinichiro Seki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Pages: L1044041~8
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.l020410
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unveiling the double-peak structure of quantum oscillations in the specific heat (2023)
  • Author(s): Yang Zhuo, Fauque Benoit, Nomura Toshihiro, Shitaokoshi Takashi, Kim Sunghoon, Chowdhury Debanjan, Pribulova Zuzana, Kacmarcik Jozef, Pourret Alexandre, Knebel Georg, Aoki Dai, Klein Thierry, Maude Duncan K., Marcenat Christophe, Kohama Yoshimitsu
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Pages: 7006-1~8
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42730-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Characterization of In-field Critical Currents in REBCO Tapes over Wide Temperature Range by Pulsed Current Source with Supercapacitor (2023)
  • Author(s): Y. Tsuchiya,K. Mizuno,Y. Kohama,A. Zampa,T. Okada,S. Awaji
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 34 Pages: 9500207-1~7
  • DOI: 10.1109/tasc.2023.3343670
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Critical Current Measurements of HTS Tapes Using Pulsed Current in High Fields at Low Temperatures (2023)
  • Author(s): Y. Tsuchiya,I. Sakai,K. Mizuno,Y. Kohama,Y. Yoshida,S. Awaji
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 33 Pages: 8001105-1~5
  • DOI: 10.1109/TASC.2023.3261265
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Valley polarization dependence of nonreciprocal transport in a chiral semiconductor (2023)
  • Author(s): Sudo Kenta、Yanagi Yuki、Takahashi Takeshi、Huynh Kim-Khuong、Tanigaki Katsumi、Kobayashi Kaya、Suzuki Michi-To、Kimata Motoi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: 125137
  • DOI: 10.1103/physrevb.108.125137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomalous vortex dynamics in the spin-triplet superconductor UTe2 (2023)
  • Author(s): Tokiwa Y.、Sakai H.、Kambe S.、Opletal P.、Yamamoto E.、Kimata M.、Awaji S.、Sasaki T.、Yanase Y.、Haga Y.、Tokunaga Y.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Pages: 144502
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.144502
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 新規実験手法によるパルス強磁場下での時間分解測定 (2024)
  • Author(s): 小濱芳允
  • Organizer: 応用物理学会
  • Invited
• [Presentation] Design of next-generation high magnetic field generators for pulsed-field neutron Laue diffractometry, (2024)
  • Author(s): Yoshimitsu Kohama
  • Organizer: Condensed Matter Seminar, Technische Universitat Braunschweig,
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Design and development of next-generation high magnetic field generators for pulsed-field neutron Laue diffractometry (2024)
  • Author(s): Yoshimitsu Kohama
  • Organizer: CNRS, Quantum Material Seminar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] α-Fe2O3/Pt多層膜におけるスピンポンピング効果と起電力 (2024)
  • Author(s): 服部冬馬, 福岡爽人, 川喜田圭祐, 石川裕也, 山口裕資, 菊池彦光, 藤井裕, 木俣基, 木村尚次郎, 菅大介, 大江純一郎, 増田啓人, 森山貴広
  • Organizer: 日本物理学会2024春季大会
• [Presentation] Fe-NbS2における超伝導の増強 (2024)
  • Author(s): 延兼啓純, 高橋杏介, 宇野瑛莉香, 田畑裕一, 木俣基, 丹田聡
  • Organizer: 日本物理学会2024春季大会
• [Presentation] 反強磁性金属SrMnBi2における磁気圧電効果の非相反抵抗測定による観測 (2024)
  • Author(s): 宮本雄哉, 酒井英明, 木俣基, 村川寛, 花咲徳亮
  • Organizer: 日本物理学会2024春季大会
• [Presentation] 奇パリティ磁気多極子系LaMnSiの磁気輸送現象 (2024)
  • Author(s): 種岡輝, 青山拓也, 木俣基, 谷田博司, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会2024春季大会
• [Presentation] 空間反転対称性の破れた反強磁性体EuIr4In2Ge4の微細加工と電気伝導測定 (2024)
  • Author(s): 横山旭, 仲地立, 本間佳哉, 仲村愛, 清水悠晴, 李徳新, 三宅厚志, 本多史憲, 青木大, 松田達磨, 大貫惇睦, 木俣基
  • Organizer: 日本物理学会2024春季大会
• [Presentation] Observation of a Discrete Fermionic Excitation with Low-Temperature Specific Heat (2023)
  • Author(s): Yoshimitsu Kohama
  • Organizer: ICCT-2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] パルス強磁場の発生手法とその特徴 (2023)
  • Author(s): 小濱芳允、松田康弘、金道浩一
  • Organizer: 強磁場科学研究会
  • Invited
• [Presentation] 反強磁性半導体CrSb2の表面状態における異方性磁気抵抗効果 (2023)
  • Author(s): 仲川久礼亜, 木俣基, 横内智行, 塩見雄毅
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
• [Presentation] ジグザグ反強磁性体NdRu2Al10における非相反電気抵抗 (2023)
  • Author(s): 須藤健太, 谷田博司, 柳有起, 木俣基
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
• [Presentation] 層状ディラック電子系Ba1-xSrxMnBi2における極性構造とスピン・バレー結合状態の制御 (2023)
  • Author(s): 近藤雅起, 酒井英明, 山田暉馨, 木俣基, 徳永将史, 三宅厚志, 木下雄斗, 村川寛, 花咲徳亮
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
• [Presentation] 分子性モット絶縁体表面に光誘起された二次元超伝導相における量子グリフィス特異性 (2023)
  • Author(s): 陳彬, 橋本顕一郎, 木俣基, 佐々木孝彦, 関修平, 山本浩史, 須田理行
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
• [Presentation] UTe2における異常ボルテックス状態 (2023)
  • Author(s): 常盤欣文, 酒井宏典, 神戸振作, Petr Opletal, 山本悦嗣, 木俣基, 淡路智, 佐々木孝彦, Y. Yanase, 芳賀芳範, 徳永陽
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
• [Presentation] UTe2純良単結晶の強磁場下での精密輸送測定 (2023)
  • Author(s): 木俣基
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
  • Invited
• [Presentation] 微細加工した反強磁性金属EuMnBi2における直流電流下での磁気圧電効果の検証 (2023)
  • Author(s): 宮本雄哉, 酒井英明, 木俣基, 越智正之, 近藤雅起, 村川寛, 花咲徳亮
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
• [Remarks] 物性研究所・小濱研HP
  • URL: https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kohama_group.html
• [Remarks] 小濱研HP
  • URL: https://ykohama.issp.u-tokyo.ac.jp/publication.html
• [Remarks] ロングパルス磁場勉強会HP
  • URL: https://ykohama.issp.u-tokyo.ac.jp/scmeeting/
• [Remarks] プレスリリース記事１
  • URL: https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=20493
• [Remarks] プレスリリース記事２
  • URL: https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=18375
• [Patent(Industrial Property Rights)] ロングパルス磁場発生装置 (2023)
  • Inventor(s): 小濱芳允、横山真 一、殷越
  • Industrial Property Rights Holder: 小濱芳允、横山真 一、殷越
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2023-056645