| Project Area | Unveiling, Design, and Development of Asymmetric Quantum Matters |
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| Project/Area Number |
23H04868
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
柳澤 達也 北海道大学, 理学研究院, 教授 (10456353)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 達生 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (80205468)
井澤 公一 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (90302637)
木俣 基 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (20462517)
橘高 俊一郎 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (80579805)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥187,200,000 (Direct Cost: ¥144,000,000、Indirect Cost: ¥43,200,000)
Fiscal Year 2026: ¥43,810,000 (Direct Cost: ¥33,700,000、Indirect Cost: ¥10,110,000)
Fiscal Year 2025: ¥38,350,000 (Direct Cost: ¥29,500,000、Indirect Cost: ¥8,850,000)
Fiscal Year 2024: ¥33,280,000 (Direct Cost: ¥25,600,000、Indirect Cost: ¥7,680,000)
Fiscal Year 2023: ¥42,770,000 (Direct Cost: ¥32,900,000、Indirect Cost: ¥9,870,000)
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| Keywords | アシンメトリ量子 / 精密物性測定 / 交差相関応答 / 多極子 / FIB微細加工 |
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| Outline of Research at the Start |
固体結晶では、電子状態の非対称性 (アシンメトリ) が、 多種多様な機能物性を生み出す。例えば空間反転対称や時間反転対称が破れると電気的・磁気的秩序が誘発され、両方が同時に破れると電気と磁気が絡み合った複合的な自由度「アシンメトリ量子」が誘発され、交差相関とよばれる新機能が現れる。 本研究は精密マクロ物性測定の観点からアシンメトリ量子の秩序の形成や集団励起にアプローチし、電流・熱流・歪み・磁場などの様々な外場に対する多彩な交差相関応答の大きさ(感受率)および形・方向(異方性)を定量化・可視化する。これにより、アシンメトリ量子の概念を確立することで物質科学に学術変革をもたらす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
柳澤は擬カゴメ構造を持つURuSnの磁場下超音波測定をc面内・面直方向で行い、異方的な磁場-温度相図を確認し、高磁場領域における新たな秩序相の出現を示唆する弾性異常を発見した。新奇超伝導を示すUTe_2では、35 T超の量子臨界点近傍の弾性応答が臨界減速的振る舞いを示すことを明らかにした。
小林はα-Mnが高圧下で発見された弱い強磁性相のスピン構造（フェリ磁性）を明らかにした。さらに高圧下黒リンのフェルミ面を決定し、アシンメトリでないことが確認された。
井澤は集束イオンビーム(FIB)により微細加工したHoAgGe試料を用いることで電流の向きを精密に制御しながら電気伝導テンソルを測定した。その結果、転移温度以下で磁気トロイダル秩序に由来すると考えられる非線形横伝導および非相反伝導を観測し、それら高次非線形伝導テンソルの成分を評価することに成功した。この結果は、磁気トロイダル秩序における交差応答の理解に重要である。
木俣は空間反転対称性の破れた磁性半導体EuIr_4In_2Ge_4において、FIB加工による微細素子を作製した。またこの素子において非相反磁気抵抗の磁場角度依存性を測定し、伝導電子フェルミ面の波数空間におけるスピン偏極の分布（スピンテクスチャ）を決定した。実験から得られたスピンテクスチャは、第一原理バンド計算の結果とも符合するものであり、非相反磁気抵抗をベースとしてスピン偏極電子状態を解明できることを実証した。
橘高はURhSnと同一の結晶構造を持つ擬カゴメ近藤格子CeRhSnおよびCeIrSnについて、様々な温度や磁場で磁場回転に伴う磁気熱量効果の測定を行い、両物質に共通する量子臨界性のスケーリング則を見出した。さらに、PrIr_2Zn_20における磁場角度分解比熱測定結果の考察を進め、この系の磁場誘起多極子秩序相に関する新たな知見を論文にまとめて報告した。
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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
木俣は当初の計画通り、R6年度中にFIB加工装置の導入を完了した。R7年2月に原子力研究機構においてトピカルミーティング「精密計測×アシンメトリ量子物質：アシンメトリ量子物性の深化に向けて」を開催し、本計画研究と公募研究の最新の理論・実験成果の情報共有を行うと共に、FIB加工装置のデモンストレーションを行った。本装置を用いて計画研究C01、C02、D01の物質開発グループが合成したアシンメトリ量子物質の微細加工と素子作成を進める準備が整ったといえる。
井澤はFIBによる微細加工した試料を用いた非線形伝導テンソル測定により、高次非線形伝導テンソルの各成分を定量的に評価する手法がほぼ確立した。これにより領域内で開発されたアシンメトリ量子物質の交差応答を系統的に評価する体制がほぼ整ったと言える。
橘高は自身が立ち上げた回転磁場中のエントロピー・比熱・熱膨張測定手法を引き続き物質開発グループの育成した試料に応用し、新奇秩序相の解明を目指している。
小林はスピンー軌道結合金属Cd_2Re_2O_7の反転対称性を破る相転移による、強磁場中での非相反伝導を探索している。現在までにピエゾ素子による単ドメイン化に成功し、さらに16 T磁場中での回転機構を整備し実験を行ったが、高調波信号の検出には至っていない。
北海道大学では同軸内蔵二軸ゴニオ回転プローブとPPMS-14Tを組み合わせたアシンメトリ量子物質の超音波測定を始めており、領域内外との共同研究を推進中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
柳澤は北海道大学でマスクレスLED露光装置を立ち上げ、表面弾性波デバイスの開発と、物性測定への応用を試みる。アシンメトリ量子物質の強磁場下超音波測定を引き続き行う。
小林は継続して、Cd_2Re_2O_7における強磁場中での非相反伝導の探索を行う。高調波信号の検出には低ノイズの信号検出が必要であり、配線の検討を行っている。単ドメイン化が可能な試料の加工に手間がかかっている。さらに、α-Mnについても、圧力誘起弱強磁性相での非相反伝導の探索を行う。
木俣は令和6年度に立ち上げたFIB装置を利用した精密マクロ物性測定と、領域内外への装置の解放と共同利用の促進に向けた整備を引き続き行う。FIB加工試料に対する高周波実験によって、アシンメトリ量子物質の動的応答現象を開拓する。
井澤は、実空間磁化イメージングに向けたシステムの開発を引き続き行う。木俣と協力し、FIB微細加工を組み合わせた精密測定により、非線形伝導・非相反伝導の定量化の手法を引き続き開発する。
橘高は、領域メンバーとの共同研究を積極的に展開し、様々なアシンメトリ量子物質に対して磁場角度分解熱物性測定を実施することで、新たな機能性の開拓をを目指す。
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