SQUID-STM複合型顕微鏡の開発および新奇超伝導・磁性研究への応用

• Project/Area Number: 18H01167
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Osaka University (2019-2021); The University of Tokyo (2018)
• Principal Investigator: 下澤 雅明 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (40736162)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 芝内 孝禎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00251356)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2019: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2018: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
• Keywords: SQUID磁気顕微鏡 / 磁気トロイダルドメイン / 周波数依存性 / SQUID / 磁気顕微鏡 / トロイダルドメイン / 走査型SQUID顕微鏡 / 走査型トンネル顕微鏡 / STM / 超伝導 / 磁性体

Outline of Annual Research Achievements

電流誘起磁化は、磁気トロイダルモーメントと電流の外積で向きが決まるので、磁気トロイダルモーメントが反転すると電流誘起磁化も反転する。それゆえ、磁気トロイダルドメインが存在する場合には、電流誘起磁化にも空間分布が現れることが期待される。実際、SQUID磁気顕微鏡による局所磁化測定を行ったところ、電流誘起磁化の符号反転を観測することに成功した。ドメイン1つあたりの磁化の大きさは300 μT程度と見積れるので、通常のアンペールの法則（電流によって期待される磁化は4 μT程度）では説明できないことが分かった。
ところが再現性の確認のために行なった２度目の測定では、同じような大きさの電流誘起磁化を観測することができず、アンペールとの相違を明確に区別することができなかった。最近の報告から、電流誘起ホール効果が特徴的な周波数依存性を示すことが分かっているので、その起源である電流誘起磁化の周波数依存性を測定すれば、アンペールによる磁化を完全に排除できるのではないかと考え、追加で試料各場所における局所磁化の周波数依存性を行った。その結果、電流誘起ホール効果の測定から期待されている周波数依存性を電流誘起磁化でも観測することに成功した。その実部成分は、周波数の増大に伴って減少し、2000 Hzを超える領域ではアンペールによる磁化が支配的になっていることが分かる。虚部成分においても、強磁性/強誘電のAC磁化率/誘電率測定で観測されている振る舞いと類似した結果が得られた。これらの周波数特性はフェロイック特有の現象であると見られる。また、測定の位置を変えると、周波数依存性の振る舞いや信号の符号が変化することも分かった。これは磁気トロイダルドメインが存在することを強く示唆しており、１回目の測定結果とコンシステントである。これらの内容は、近々論文としてまとめて投稿予定である。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Magnetic Torque due to Anisotropic Diamagnetism in Neutral BEDT-TTF Crystals (2021)
  • Author(s): Uji Shinya、Terashima Taichi、Sugiura Shiori、Iguchi Satoshi、Sasaki Takahiko、Hashimoto Kenichiro、Shimozawa Masaaki、Yoneyama Naoki、Kato Reizo
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 90 Issue: 11 Pages: 113708-113708
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.113708
  • NAID: 210000159428
  • ISSN: 0031-9015, 1347-4073
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal Hall Effects of Spins and Phonons in Kagome Antiferromagnet Cd-Kapellasite (2020)
  • Author(s): Akazawa Masatoshi、Shimozawa Masaaki、Kittaka Shunichiro、Sakakibara Toshiro、Okuma Ryutaro、Hiroi Zenji、Lee Hyun-Yong、Kawashima Naoki、Han Jung Hoon、Yamashita Minoru
  • Journal Title: Phys. Rev. X Volume: 10 Pages: 041059-041059
  • DOI: 10.1103/physrevx.10.041059
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ultralow temperature NMR of CeCoIn5 (2020)
  • Author(s): Yamashita M.、Tashiro M.、Saiki K.、Yamada S.、Akazawa M.、Shimozawa M.、Taniguchi T.、Takeda H.、Takigawa M.、Shishido H.
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 102 Pages: 165154-165154
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.165154
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal-transport studies of kagome antiferromagnets (2020)
  • Author(s): M. Yamashita, M. Akazawa, M. Shimozawa, T. Shibauchi, Y. Matsuda, H. Ishikawa, T. Yajima, Z. Hiroi, M. Oda, H. Yoshida, H.-Y. Lee, J. H. Han and N. Kawashima
  • Journal Title: J. Phys.: Condens. Matter Volume: 32 Pages: 074001-074001
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ab50e9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spin Thermal Hall Conductivity of a Kagome Antiferromagnet (2018)
  • Author(s): Doki Hayato、Akazawa Masatoshi、Lee Hyun-Yong、Han Jung Hoon、Sugii Kaori、Shimozawa Masaaki、Kawashima Naoki、Oda Migaku、Yoshida Hiroyuki、Yamashita Minoru
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 121 Pages: 097203-097203
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.097203
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unusual thermal Hall effect in a Kitaev spin liquid candidate α-RuCl3 (2018)
  • Author(s): Y. Kasahara, K. Sugii, T. Ohnishi, M. Shimozawa, M. Yamashita, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 120 Pages: 217205-217205
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.217205
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomalous suppression in the de Haas-van Alphen oscillations of CeCoIn5 at ultra-low temperatures (2018)
  • Author(s): H. Shishido, S. Yamada, K. Sugii, M. Shimozawa, Y. Yanase, and M. Yamashita
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 120 Pages: 177201-177201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.177201
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 半金属ビスマスにおける電気抵抗率の歪み応答 (2022)
  • Author(s): 橘風夢, 細井優, 下澤雅明, 木下雄斗, 徳永将史, 伏屋雄紀, 井澤公一
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] 半金属ビスマスにおける弾性抵抗率の磁場応答 (2022)
  • Author(s): 細井優, 橘風夢, 下澤雅明, 木下雄斗, 徳永将史, 伏屋雄紀, 井澤公一
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] 多重相超伝導物質CeRh2As2におけるゼーベック係数の特異な磁場依存性 (2022)
  • Author(s): 松本碧, 今西優人, 小林祐也, 細井優, 下澤雅明, 仲村愛, 青木大, 井澤公一
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] 強トロイダル金属UNi4Bにおける電流誘起Hall効果 (2021)
  • Author(s): 多田勝哉, 室谷拓海, 宮本大輝, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多忠憲, 青木大
  • Organizer: 電流駆動現象が拓く新しい物質科学
• [Presentation] 強トロイダル金属UNi4Bの異常電気輸送特性 (2021)
  • Author(s): 下澤雅明, 多田勝哉, 室谷拓海, 宮本大輝, 細井優, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多忠憲, 青木大
  • Organizer: 電流駆動現象が拓く新しい物質科学
• [Presentation] 非クラマース系 PrRh2Cd20 における電気輸送特性と温度磁場相図の異方性 (2021)
  • Author(s): 野村尚矢, 小林寅弘, 足立涼, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 広瀬雄介, 土塔寛, 河野琢馬, 摂待力生
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] 強トロイダル金属UNi4B における非相反伝導 (2021)
  • Author(s): 多田勝哉, 室谷拓海, 宮本大輝, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] 走査型磁気顕微鏡を用いたUNi4Bのトロイダルドメイン構造の観察 (2021)
  • Author(s): 宮本大輝, 室谷拓海, 多田勝哉, 下澤雅明, 細井優, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉,本多史憲, 青木大, 小山大介, 河端美樹, 河合淳
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 強トロイダル秩序候補金属UNi4Bにおける電流誘起Hall効果に対する磁場応答 (2021)
  • Author(s): 多田勝哉, 室谷拓海, 宮本大輝, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 強トロイダル秩序候補金属UNi4Bにおける電流誘起Hall効果の周波数特性 (2021)
  • Author(s): 室谷拓海, 多田勝哉, 宮本大輝, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 電気輸送係数からみる非クラマース系PrTr2Cd20(Tr=Pt,Rh)の温度磁場相図 (2020)
  • Author(s): 足立涼, 佐賀範彰, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 町田洋, 広瀬雄介, 土塔寛, 河野琢馬, 摂待力生
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] 輸送測定による重い電子系超伝導体UTe2の電子状態の研究 (2020)
  • Author(s): 中川翔太, 今西優人, 細井優, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] 熱伝導率の磁場角度依存性から探る新奇ウラン系超伝導体UTe2の超伝導ギャップ構造の研究 (2020)
  • Author(s): 今西優人, 中川翔太, 細井優, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] 熱伝導率の磁場方向依存性からみたUTe2の超伝導状態 (2020)
  • Author(s): 中川翔太, 細井優, 今西優人, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [Presentation] PrTr2Cd20(Tr=Pt, Rh)の電気輸送特性と温度磁場相図 (2020)
  • Author(s): 足立涼, 佐賀範彰, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 町田洋, 広瀬雄介, 土塔寛, 河野琢馬, 摂待力生
  • Organizer: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [Presentation] BiCh2系超伝導体LaO0.5F0.5BiSSeにおける弾性抵抗測定 (2020)
  • Author(s): 小江悠達, 細井優, 野村尚也, 下澤雅明, 井澤公一, 星和久, 後藤陽介, 水口佳一
  • Organizer: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [Presentation] キラル反強磁性体CsCuCl3のc軸熱輸送測定II (2019)
  • Author(s): 赤澤仁寿, 下澤雅明, 山下穣, 高阪勇輔, 秋光純, 土屋直人, 井上克也, J. Zaccaro, I. Gautier-Luneau, D. Luneau
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] バルク層状磁性体に生じる非従来型異方的超伝導 (2019)
  • Author(s): 櫻木俊輔, 佐々木秀, 明石遼介, 坂上良介, 黒田健太, C. Bareille, 橋本嵩広, 長島椿, 木下雄斗, 平田靖透, 下澤雅明, 浅井晋一郎, 土居抄太郎, 辻本直人, 國定聡, 野口亮, 黒川輝風, 東伸彦, 平田昂輝, T. K. Kim, C. Cacho, 益田隆嗣, 徳永将史, 和達大樹, 岡﨑浩三, 辛埴, 神原陽一, 山下穣, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] CeCoIn5における超低温下NMR測定 IV (2019)
  • Author(s): 斉木克祥, 山下穣, 下澤雅明, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] Uniaxial strain effect on the BiCh2-based superconductor LaO0.5F0.5BiSSe (2019)
  • Author(s): Y. Oe, S. Hosoi, N. Nomura, M. Shimozawa, K. Izawa, K. Hoshi, Y. Goto, Y. Mizuguchi
  • Organizer: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of angle dependence of thermal conductivity in the heavy fermion superconductor UTe2 (2019)
  • Author(s): S. Nakagawa, S. Hosoi, Y. Imanishi, K. Ota, M. Shimozawa, K. Izawa, A. Nakamura, Y. Homma, F. Honda, D. Aoki
  • Organizer: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic-field-temperature phase diagram of PrPt2Cd20 by magnetoresistance and Hall resistivity (2019)
  • Author(s): R. Adachi, N. Saga, S. Hosoi, M. Shimozawa, K. Izawa, Y. Machida, Y. Hirose, H. Doto, R. Settai
  • Organizer: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 熱伝導率測定から見たUTe2の超伝導状態 (2019)
  • Author(s): 細井優, 中川翔太, 今西優人, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 第19回琉球物性研究会
• [Presentation] A non-linear Hall effect in a chiral nonmagnetic compound at zero field (2019)
  • Author(s): K. Matsuura, M. Akazawa, M. Shimozawa, S. Fujii, M. Qiu, T. Ueno, T. Takahashi, Y. Mizukami, K. Hashimoto, T. Shibauchi, J. Gouchi, M. Yamashita, Y. Uwatoko, K. Kobayashi
  • Organizer: TopoMat2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] キラル反強磁性体CsCuCl3のc軸熱輸送特性 (2019)
  • Author(s): 赤澤仁寿, 土岐勇人, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 高阪勇輔, 秋光純, 井上克也, J. Zaccaro, I. Gautier-Luneau, D. Luneau
  • Organizer: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [Presentation] ダイマーモット絶縁体κ-(BEDT-TTF)2Hg(SCN)2X, (X = Br, Cl)における磁化率・磁気トルク測定 (2019)
  • Author(s): 山下穣, 杉井かおり, 下澤雅明, 上田顕, 森初果, Natalia Drichko, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, Elena I. Zhilyaeva, Svetlana A. Torunova, Rimma N. Lyubovskaya
  • Organizer: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [Presentation] 水素結合型モット絶縁体Cat-EDT系における量子常誘電・常磁性状態 (2019)
  • Author(s): 藤井桜子, 下澤雅明, 近藤潤, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, 橋本顕一郎, 井口敏, 佐々木孝彦
  • Organizer: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [Presentation] α-RuCl3における熱ホール効果の磁場角度依存性 (2019)
  • Author(s): 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 水上雄太, 田中桜平, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • Organizer: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [Presentation] Thermal transport properties of S = 1/2 Cd-kapellasite (2019)
  • Author(s): Masatoshi Akazawa, Hayato Doki, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Minoru Yamashita, Hyun-Yong Lee, Naoki Kawashima, Ryutaro Okuma, Zenji Hiroi, Jung Hoon Han
  • Organizer: APS March Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カゴメ反強磁性体Cd-Kapellasiteの熱輸送特性 (2018)
  • Author(s): 赤澤仁寿, 土岐勇人, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, Hyun-Yong Lee, 川島直輝, 大熊隆太郎, 広井善二, Jung Hoon Han
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] CeCoIn5における超低温下NMR測定 III (2018)
  • Author(s): 山下穣, 田代光輝, 下澤雅明, 杉井かおり, 谷口貴紀, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] α-RuCl3におけるマヨラナ量子化条件の検証 (2018)
  • Author(s): 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 水上雄太, 田中桜平, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] Quantum Disordered State of Magnetic and Electric Dipoles in Hydrogen-Bonded Organic Mott Insulator κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 (2018)
  • Author(s): M. Shimozawa, K. Hashimoto, A. Ueda, Y. Suzuki, K. Sugii, S. Yamada, Y. Imai, R. Kobayashi, K. Itoh, S. Iguchi, M. Naka, S. Ishihara, H. Mori, T. Sasaki, and M. Yamashita
  • Organizer: ICSM2018
  • Int'l Joint Research