中性子を用いた複合アニオン化合物の構造同定と物性解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities
• Project/Area Number: 19H04683
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 南部 雄亮 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 物性実験 / 中性子散乱 / 複合アニオン / 構造解析

Outline of Annual Research Achievements

(1) 結晶構造の量子臨界現象から注目されるBa1-xSrxAl2O4について、比熱、熱伝導、中性子散乱によるフォノン測定から低エネルギー励起を調べた。母物質の強誘電体BaAl2O4は結晶性の高い物質であり、第一原理計算ともよく整合するフォノン励起を示し、van Hove特異点を示すことがわかった。Srを置換していくことで結晶性物質からアモルファスに変化し、そのフォノンはboson peakを示唆するグラス的な振る舞いを示すことが分かった。本物質は結晶性とアモルファスを濃度によって制御できる初の確認例である。成果は現在論文査読中である。
(2) ペロブスカイト型構造を持つPb3Fe2O5F2において、磁性の複合アニオン化による影響について調べた。群論を用いた磁気構造解析から、高温相で面内方向を向く磁気モーメントは構造相転移を経た低温相では面直に変化することを突き止めた。第一原理計算の結果と合わせて、複合アニオン化によって結晶場が変化し、結晶場準位の軌道自由度でモーメントの向きを説明することができた。成果は現在論文投稿準備中である。
(3) 鉄系梯子型物質BaFe2Se3、BaFe2S3を混晶化することで複合アニオン化を行った。X線回折、電気抵抗、光学伝導度測定、粉末中性子回折によりBaFe2(S1-xSex)3の温度・濃度相図を決定した。x = 0.23付近で磁気構造の相境界が存在すること、鉄系化合物で重要な軌道自由度がこの物質群にも寄与していることを明らかにした。成果はPhys. Rev. Bに出版された。
(4) 既知物質で最長のCo-O結合長を持つBa2CoO2Ag2Te2を高圧合成により新たに合成した。磁気構造により同定したモーメントサイズをCo-O結合長による結晶場変化によって理解できた。成果はInorg. Chem.に出版された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NIST/Johns Hopkins University/Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NIST/Johns Hopkins University/Oak Ridge National Laboratory
• [Int'l Joint Research] Institut Laue-Langevin(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Institut Laue-Langevin
• [Int'l Joint Research] ANSTO(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: ANSTO
• [Int'l Joint Research] Technical University of Munich(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Technical University of Munich
• [Journal Article] 東北大学金属材料研究所装置群HERMES, AKANE, TOPANの紹介 (2021)
  • Author(s): 南部雄亮、池田陽一、大河原学、谷口貴紀、藤田全基
  • Journal Title: 波紋 Volume: 31 Pages: 28-30
  • DOI: 10.5611/hamon.31.1 28
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metallic ground states of undoped Ti2O3 films induced by elongated c-axis lattice constant (2020)
  • Author(s): K. Yoshimatsu, N. Hasegawa, Y. Nambu, Y. Ishii, Y. Wakabayashi, and H. Kumigashira
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: 22019/1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-020-79182-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dichotomy between orbital and magnetic nematic instabilities in BaFe2S3 (2020)
  • Author(s): S. Hosoi, T. Aoyama, K. Ishida, Y. Mizukami, K. Hashizume, S. Imaizumi, Y. Imai, K. Ohgushi, Y. Nambu, M. Kimata, S. Kimura, and T. Shibauchi
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 2 Pages: 043293/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.043293
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Competing spin modulations in the magnetically frustrated semimetal EuCuSb (2020)
  • Author(s): H. Takahashi, K. Aono, Y. Nambu, R. Kiyanagi, T. Nomoto, M. Sakano, K. Ishizaka, R. Arita, and S. Ishiwata
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Pages: 174425/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.174425
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impact of the Lattice on Magnetic Properties and Possible Spin Nematicity in the S = 1 Triangular Antiferromagnet NiGa2S4 (2020)
  • Author(s): M.E. Valentine, T. Higo, Y. Nambu, D. Chaudhuri, J. Wen, C. Broholm, S. Nakatsuji, and N. Drichko
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 125 Pages: 197201/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.197201
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of Magnon Polarization (2020)
  • Author(s): Y. Nambu, J. Barker, Y. Okino, T. Kikkawa, Y. Shiomi, M. Enderle, T. Weber, B. Winn, M. Graves-Brook, J. Tranquada, T. Ziman, M. Fujita, G.E.W. Bauer, E. Saitoh, and K. Kakurai
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 125 Pages: 027201/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.027201
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural, electrical, magnetic, and optical properties of iron-based ladder compounds BaFe2(S1-xSex)3 (2020)
  • Author(s): S. Imaizumi, T. Aoyama, R. Kimura, K. Sasaki, Y. Nambu, M. Avdeev, Y. Ikemoto, T. Moriwaki, Y. Imai, and K. Ohgushi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Pages: 035104/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.035104
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] POLANO: Wide angle spin analysis using polarizing supermirrors m = 5.5 (2020)
  • Author(s): M. Schneider, C. Schanzer, P. Boni, U. Filges, M. Fujita, Y. Nambu, M. Ohkawara, T. Yokoo, S. Itoh
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 976 Pages: 164272/1-6
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164272
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-pressure Synthesis of Ba2CoO2Ag2Te2 with Extended CoO2 Planes (2020)
  • Author(s): Y. Matsumoto, Y. Nambu, T. Honda, K. Ikeda, T. Otomo, H. Kageyama
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 59 Pages: 8121-8126
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c00429
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 金属伝導を示すTi2O3 薄膜 (2021)
  • Author(s): 吉松公平, 長谷川直人, 南部雄亮, 石井祐太, 若林裕助, 組頭広志
  • Organizer: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] はじめに (2021)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
  • Invited
• [Presentation] 重い電子化合物YbCu4Auの単結晶育成とその基礎物性 (2021)
  • Author(s): 谷口貴紀, 大里耕太郎, 池田陽一, 南部雄亮, 馬翰明, 郷地順, 上床美也, 藤田全基
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 磁性半金属EuCuSbにおけるフラストレーションに起因した特異な磁気基底状態の解明 (2021)
  • Author(s): 高橋英史, 青野快, 南部雄亮, 鬼柳亮嗣, 野本拓也, 坂野昌人, 石坂香子, 有田亮太郎, 石渡晋太郎
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 偏極中性子散乱装置POLANOによる交差相関物理の解明 (2021)
  • Author(s): 横尾哲也, 金子直勝, 伊藤晋一, 林浩平, 猪野隆, 齋藤開, 林田洋寿, 藤田全基, 大河原学, 池田陽一, 南部雄亮, 谷口貴紀, 奥隆之, 大山研司, 小野寛太, 羽合孝文
  • Organizer: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] Vortex-induced phase transition in the two-dimensional triangular antiferromagnet: FeGa2S4 (2021)
  • Author(s): Y. Tang, M. Kawamata, Y. Kawamoto, K. Nakajima, M. Fujita, Y. Nambu
  • Organizer: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] 中性子非弾性散乱によるTb3Fe5O12の磁気励起測定とマグノン極性 (2021)
  • Author(s): 川本陽, 蒲沢和也, 池内和彦, 吉川貴史, 齊藤英治, 藤田全基, 加倉井和久, 南部雄亮
  • Organizer: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] Y3Fe5O12の八面体サイトおよび四面体サイトを占有するFe3+の少数スピンの電子密度分布 (2021)
  • Author(s): 坂倉輝俊, 山本孟, 岸本俊二, 南部雄亮, 木村宏之
  • Organizer: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] Study on the spin current mechanism in Tb3Fe5O12 turough a measurement of magnetic excitations (2021)
  • Author(s): Y. Kawamoto, K. Ikeuchi, K. Kamazawa, T. Kikkawa, E. Saitoh, M. Fujita, K. Kakurai, Y. Nambu
  • Organizer: The 62nd REIMEI Workshop “New excitations for spintronics seen with quantum beams”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of magnon polarization through neutron scattering (2020)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 日本磁気学会第44回学術講演会
  • Invited
• [Presentation] JRR-3 再稼働後に金研装置群を使ってできること ー結晶・磁気構造解析と偏極中性子散乱を中心に (2020)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 第139回金研講演会
• [Presentation] 磁性研究の観点からのスピンエコー分光器への期待 (2020)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: KEK S1 型課題研究会2019S07 「中性子共鳴スピンエコー分光器群(VIN ROSE) によるスローダイナミクス研究」
  • Invited
• [Presentation] 偏極中性子によるスピン流伝搬機構の直接検出 (2020)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 日本中性子科学会第20回年会
  • Invited
• [Presentation] JRR-3における大学管理中性子ビーム実験装置の現状 (2020)
  • Author(s): 大河原学, 浅見俊夫, 杉浦良介, 川名大地, 篠崎知子, 南部雄亮, 池田陽一, 藤田全基, 益田隆嗣, 中島多朗, 山室修, 坂田茉美, 加藤友章
  • Organizer: 日本中性子科学会第20回年会
• [Presentation] フェリ磁性絶縁体Tb3Fe5O12の磁気励起とマグノン極性 (2020)
  • Author(s): 川本陽, 池内和彦, 蒲沢和也, 吉川貴史, 齊藤英治, 藤田全基, 加倉井和久, 南部雄亮
  • Organizer: 日本中性子科学会第20回年会
• [Presentation] Vortex-induced phase transition on the two-dimensional antiferromagnet FeGa2S4 (2020)
  • Author(s): Tang Yifei, 川本陽, 川又雅広, 中島健次, 藤田全基, 南部雄亮
  • Organizer: 日本中性子科学会第20回年会
• [Presentation] 偏極中性子でスピンの歳差運動を視る (2020)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: みちのく磁性談話会
  • Invited
• [Presentation] 東北大学装置群を用いた結晶・磁気構造同定と偏極中性子散乱の今後 (2020)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
  • Invited
• [Presentation] フェリ磁性絶縁体Tb3Fe5O12におけるマグノン極性 (2020)
  • Author(s): 川本陽, 吉川貴史, 齊藤英治, 藤田全基, 加倉井和久, 南部雄亮
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 磁気HOMO-LUMO相互作用の変化に由来するPb3Fe2O5F2 のスピン再配向メカニズム (2020)
  • Author(s): 岡研吾, 林直顕, 草野圭弘, 越智正之, 黒木和彦, 青山拓也, 大石克嘉, 高野幹夫, 石井悠衣, 森茂夫, 陰山洋, 南部雄亮
  • Organizer: 日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
• [Presentation] JRR-3東北大装置群を用いた構造解析と偏極中性子散乱 (2020)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 物性研短期研究会「中性子散乱研究の現状とJRR-3 再稼働後の展望」
• [Presentation] スピントロニクス基盤物質の複合アニオン化に向けて (2020)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 第二回複合アニオンウェブセミナー
  • Invited
• [Presentation] Inelastic Neutron Scattering Spectrometers in JRR-3 (2020)
  • Author(s): T. Masuda, T. Nakajima, T.J. Sato, Y. Nambu, M. Fujita, K. Ohoyama, O. Yamamuro, T. Osakabe, K. Kaneko, H. Yamauchi, M. Takeda
  • Organizer: QENS/WINS 2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 電子スピン歳差運動の回転方向の観測に成功
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2020/07/press20200703-02-spin.html
• [Remarks] Probing The Properties Of Magnetic Quasi-Particles
  • URL: https://scienmag.com/probing-the-properties-of-magnetic-quasi-particles/
• [Remarks] 第１６回森田記念賞報告
  • URL: http://www.senshu.phys.tohoku.ac.jp/prize.html#p16
• [Remarks] 東北大学ディスティングイッシュトリサーチャー「研究にかける若き挑戦者たち」
  • URL: https://web.tohoku.ac.jp/dr/index.html
• [Remarks] 創発研究者
  • URL: https://www.jst.go.jp/souhatsu/research/researcher_na.html