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強相関電子系準結晶に特有の電子状態と価数・磁気臨界状態の研究

Research Project

Project/Area Number 18H01174
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

出口 和彦  名古屋大学, 理学研究科, 講師 (40397584)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2018: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Keywords強相関電子系 / 低温物性 / 金属物性 / スピンエレクトロニクス / 物性実験 / 磁性 / 超伝導 / 準結晶 / 近似結晶 / 量子臨界現象
Outline of Annual Research Achievements

希土類元素の両端に位置するCeやYb、アクチナイド元素のUなどを含む結晶では、重い電子の形成、エキゾチックな磁気秩序や異方的超伝導など多様な秩序状態、価数揺動に伴う興味ある現象・強相関電子物性が観測されている。特に近年、Ybを含む強相関物質の結晶で非従来型の量子臨界現象とそれに関連した磁性・超伝導について精力的に研究が進められてきた。圧力・磁場・元素置換などをパラメタ―とした物性制御が精力的に行われる中、我々はこれまで大前提として考えられていた周期性に着目し、強相関電子系における並進対称性の役割の研究を進めた。
(1)元素置換によりYbの磁性を制御することが可能になった。さらに、高次元の格子定数を用いて、Tsai型クラスター構造をもつYb系準結晶・近似結晶の磁性が整理できることがわかった。この結果はScientific Reportsに掲載され、プレスリリースされた。その後さらに、Ybを含むTsai型のクラスター構造をもつ新しい4元系の準結晶・近似結晶の開発に成功し、Yb系準結晶の非従来型量子臨界現象がAl系以外でも発現することを発見した。
(2)Au-Al-Yb準結晶と近似結晶について、中性子非弾性散乱実験を極低温まで行い、臨界指数・スケーリングから準結晶の量子臨界現象の性質について調べた。その結果、波数Qと温度Tに依存しないE/Tスケーリングが成り立ち、磁化、交流磁化率、比熱の極低温における温度依存性を説明するような臨界指数をもつことが明らかとなった。
(3)高次近似結晶を用いた準結晶の形成機構と擬ギャップの存在の研究も進め、高次のAl-Pd-Cr-Fe、Al-Pd-Mo-Fe 3/2近似結晶とAl-Pd-Mn準結晶の擬ギャップについて光電子分光と電子比熱係数を組み合わせた実験で調べたところ、準結晶よりも3/2近似結晶の方がより深い擬ギャップを持つことが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

Ybを含むTsai型のクラスター構造をもつ新しい強相関電子系の準結晶・近似結晶の磁性に着目して、元素置換などをパラメタ―とした物性制御を試みた。その結果、Yb以外の元素置換によりYbの磁性を制御することが可能になり、高次元の格子定数を用いて、Tsai型クラスター構造をもつYb系準結晶・近似結晶の磁性を整理できることがわかった。(この結果はScientific Reportsに掲載され、プレスリリースされた。)その後さらに、Ybを含むTsai型のクラスター構造をもつ新しい4元系の準結晶・近似結晶の開発に成功し、Yb系準結晶の非従来型量子臨界現象がAl系以外でも発現することを発見した。また、Au-Al-Yb系準結晶・近似結晶の中性子非弾性散乱実験を極低温まで行い、臨界指数・スケーリングから準結晶の量子臨界現象の性質について調べた。その結果、波数Qと温度Tに依存しないE/Tスケーリングが成り立ち、磁化、交流磁化率、比熱の極低温における温度依存性を説明するような臨界指数をもつことが明らかとなった。量子臨界現象を理解するための重要な手がかりとなると考えられる。高次近似結晶を用いた準結晶の形成機構と擬ギャップの存在の研究も進め、高次のAl-Pd-Cr-Fe、Al-Pd-Mo-Fe 3/2近似結晶とAl-Pd-Mn準結晶の擬ギャップについて光電子分光と電子比熱係数を組み合わせた実験で調べたところ、準結晶よりも3/2近似結晶の方がより深い擬ギャップを持つことが明らかになった。以上のことからコロナ禍の影響は受けているが、研究計画は進捗していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

(1)局在 f 電子に着目したAu-Al-Yb準結晶・近似結晶の磁性の研究
並進対称性が準周期である準結晶の結晶場については未だ明らかになっていない。Ybの価数が3価に近づくと局在スピン系の性質を示すことから、Au-Al-Yb準結晶・近似結晶の結晶場を観測する実験を佐藤卓教授(東北大学多元物質科学研究所:中性子散乱実験)のグループと共同で進める。また、磁性の起源であるYbを非磁性のLu, Yで置換して希釈することにより相互作用を切断し、単サイトの効果として結晶場を調べる。同時に「準結晶に特有の電子状態」と関係した量子臨界現象・磁性を調べるために相互作用を切って、Au-Al-Yb準結晶の基底状態として電子状態の「協力現象」について調べる。
(2)強相関電子系(近似)結晶に着目した新奇準結晶の開発
既存の強相関電子系の結晶の構造を調べてみると、2,3次元の準結晶の近似結晶になっているものが多く存在することがわかってきた。準結晶・近似結晶が属する共通の高次元結晶に面白い現象の共通の起源がある可能性を追求するために、近似結晶に対応する準結晶を開発することを試みる。特に超伝導と磁性に着目した新奇準結晶・近似結晶の開発を進め、準結晶と結晶の差異・共通点という観点から超伝導・磁性・量子臨界現象の分析を行い、準結晶特有の物性にアプローチする。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(130 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (15 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 5 results) Presentation (111 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 19 results)

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      Sarkar Shuvam、Sadhukhan Pampa、Singh Vipin Kumar、Gloskovskii Andrei、Deguchi Kazuhiko、Fujita Nobuhisa、Barman Sudipta Roy
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 3

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.013151

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      佐藤憲昭、出口和彦、井村敬一郎
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: 56 Pages: 611-620

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      Sawano Takuya、Shiino Takayuki、Imura Keiichiro、Deguchi Kazuhiko、Ohhashi Satoshi、Tsai An-Pang、Sato Noriaki K.
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 89 Issue: 1 Pages: 014703-014703

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.014703

    • NAID

      40022121529

    • ISSN
      0031-9015, 1347-4073
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      Scientific Reports

      Volume: 10 Pages: 17116-17116

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      10.1038/s41598-020-74124-7

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      JPS Conference Proceedings

      Volume: 30 Pages: 011131-011131

    • DOI

      10.7566/jpscp.30.011131

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      Volume: 30 Pages: 011132-011132

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      Manago Masahiro、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Deguchi Kazuhiko、Sato Noriaki K.、Yamamura Tomoo
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      Volume: 99 Pages: 020506-020506

    • DOI

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      Volume: 100 Pages: 035203-035203

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      Manago Masahiro、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Deguchi Kazuhiko、Sato Noriaki K.、Yamamura Tomoo
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      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 88 Issue: 11 Pages: 113704-113704

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.113704

    • NAID

      40022062625

    • ISSN
      0031-9015, 1347-4073
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      Volume: 74 Issue: 11 Pages: 774-779

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      10.11316/butsuri.74.11_774

    • NAID

      130007843325

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      0029-0181, 2423-8872
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      T. Ishimasa, M. Mihalkovic, K. Deguchi, N.K. Sato and M. de Boissieu
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      Volume: 98 Pages: 2018-2034

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      10.1080/14786435.2018.1470339

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      Nat. Commun.

      Volume: 9 Pages: 154-154

    • DOI

      10.1038/s41467-017-02667-x

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      AIP Advances

      Volume: 8 Pages: 101306-101306

    • DOI

      10.1063/1.5042745

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      Physica B: Condensed Matter

      Volume: 536 Pages: 169-172

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      10.1016/j.physb.2017.10.011

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      日本物理学会第77回年次大会
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      出口和彦
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      岩瀬智也, 佐藤晴耕, 赤津光洋, 根本祐一, 平野由真, 岡本稔彦, 米山祐樹, 出口和彦, 佐藤憲昭
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      日本物理学会第76回年次大会(2021年)
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      日本物理学会第76回年次大会(2021年)
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      日本物理学会第76回年次大会(2021年)
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      日本物理学会第76回年次大会(2021年)
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      International Research Network: IRN-APERIODIC kick off meeting "Open space between aperiodic order and physics & chemistry of materials"
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      出口和彦、岡本稔彦、平野由真、米山祐樹、廣川慎之介、青木一弘、井村敬一郎、佐藤憲昭
    • Organizer
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    • Organizer
      新学術領域ハイパーマテリアル第5回領域会議
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      出口和彦
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      出口和彦
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      T. Sawano, Y. Shinagawa, T. Shiino, K. Imura, K. Deguchi, N. K. Sato
    • Organizer
      International Conference on Magnetism (ICM2018)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Au-Al-Yb 準結晶における元素置換効果2018

    • Author(s)
      出口和彦, 岡本稔彦, 平野由真, 米山祐樹, 廣川慎之介, 井村敬一郎, 佐藤憲昭,石政勉, 山本義哉, 川井拓真, 水木純一郎, 山岡人志, 平岡望, 石井啓文
    • Organizer
      第23回準結晶研究会
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  • [Presentation] 希土類トリテルライドの磁性と超伝導2018

    • Author(s)
      出口和彦
    • Organizer
      沖縄科学技術大学院大学 量子物質科学ユニットセミナー
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  • [Presentation] 磁性と超伝導から見た準結晶・近似結晶の電子状態2018

    • Author(s)
      出口和彦
    • Organizer
      大阪大学基礎工学部 インタラクティブ物質科学カデットプログラムセミナー
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  • [Presentation] Au-Ga-Yb準結晶・近似結晶の磁性と電子状態2018

    • Author(s)
      出口和彦, 廣川慎之介, 米山祐樹, 横田晋次郎, 坂本和司、井村敬一郎, 佐藤憲昭, 豊永詞, 石政勉, 山本義哉, 川井拓真, 水木純一郎, 山岡人志, 平岡望, 石井啓文
    • Organizer
      第22回準結晶研究会
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  • [Presentation] 量子臨界現象と高次元性2018

    • Author(s)
      出口和彦
    • Organizer
      日本物理学会
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  • [Presentation] 正20面体準結晶の磁性と超伝導2018

    • Author(s)
      出口和彦
    • Organizer
      J-Physics:多極子伝導系の物理 平成29年度領域全体会議
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  • [Presentation] CeCu6-yAuyのCe希釈系における非フェルミ液体の研究2018

    • Author(s)
      椎野貴之, 品川勇太, 井村敬一郎, 出口和彦, 佐藤憲昭
    • Organizer
      日本物理学会
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  • [Presentation] 組成変化から探るAu-Al-Yb準結晶・近似結晶の量子臨界現象2018

    • Author(s)
      米山祐樹, 出口和彦, 廣川慎之介, 井村敬一郎, 佐藤憲昭
    • Organizer
      日本物理学会
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  • [Presentation] Zn-Ag-Sc準結晶・近似結晶の極低温電気抵抗及びトンネル効果測定2018

    • Author(s)
      林裕人, 本山岳, 石政勉, 井村敬一郎, 出口和彦, 佐藤憲昭
    • Organizer
      日本物理学会
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  • [Presentation] golden-SmSの低温電気抵抗測定2018

    • Author(s)
      坂本和司, 横田晋次郎, 井村敬一郎, 出口和彦, 鈴木博之, 佐藤憲昭
    • Organizer
      日本物理学会
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  • [Presentation] 強磁性超伝導体UCoGeの圧力下常磁性領域における超伝導2018

    • Author(s)
      真砂全宏, 北川俊作, 石田憲二, 出口和彦, 佐藤憲昭, 山村朝雄
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      日本物理学会
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  • [Presentation] 強磁性超伝導体UCoGeにおけるNMR,NQR2018

    • Author(s)
      寺尾奈浦, 真砂全宏, 北川俊作, 石田憲二, 出口和彦, 佐藤憲昭, 山村朝雄, 青木大
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  • [Presentation] Yb系準結晶における共鳴X線発光分光2018

    • Author(s)
      井村敬一郎, 横田晋次郞, 坂本和司, 難波慶介, 廣川慎之介, 出口和彦, 佐藤憲昭, 山岡人志, 山本義哉, 川井拓真, 水木純一郎, 平岡望, 石井啓文
    • Organizer
      第22回準結晶研究会
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  • [Presentation] 重い電子系近似結晶Ag-In-Ceにおけるスピングラス量子臨界現象2018

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      椎野貴之, 澤野拓哉, 井村敬一郎, 出口和彦, 佐藤憲昭
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      第22回準結晶研究会
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  • [Presentation] Zn-Ag-Sc準結晶および近似結晶の低温物性2018

    • Author(s)
      佐藤憲昭, 林裕人, 本山岳, 石政勉, 井村敬一郎, 出口和彦
    • Organizer
      第22回準結晶研究会
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  • [Presentation] Au-Al-Yb近似結晶におけるYbの価数制御とf電子の磁性2018

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      出口和彦, 米山祐樹, 廣川慎之介, 井村敬一郎, 佐藤憲昭
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      日本物理学会
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  • [Presentation] 準結晶Au-Al-Ybのミュオンスピン回転/緩和2018

    • Author(s)
      石田憲二, 北川俊作, 服部泰佑, 山中隆義, 幸田章宏, 髭本亘, 門野良典, 米山祐樹, 廣川慎之介, 出口和彦, 佐藤憲昭
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  • [Presentation] 中性子散乱による Al-Al-Yb の量子臨界磁気揺動観測2018

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      佐藤卓, 米山祐樹, 廣川慎之介, 出口和彦, 佐藤憲昭, 益田隆嗣, 松浦直人, 柴田薫
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  • [Presentation] Au-Ga-Yb準結晶・近似結晶における共鳴X線発光分光2018

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      井村敬一郎, 坂本和司, 横田晋次郞, 廣川慎之介, 出口和彦, 山岡人志, 川井拓真, 山本義哉, 水木純一郎, 平岡望, 石井啓文, 佐藤憲昭
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      坂本和司, 井村敬一郎, 出口和彦, 鈴木博之, 佐藤憲昭
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  • [Presentation] 強磁性超伝導体UCoGeの圧力下における超伝導ナイトシフト2018

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      真砂全宏, 北川俊作, 石田憲二, 出口和彦, 佐藤憲昭, 山村朝雄
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      椎野貴之, 壁谷典幸A, 井村敬一郎, 出口和彦, 佐藤憲昭, 木村憲彰, 落合明, 松林和幸
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      日本物理学会
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  • [Presentation] Zn-T-Sc (T=Ag, Mg) 及びCd-Mg-Yb準結晶の極低温電気抵抗測定2018

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      林裕人, 石政勉, 蔡安邦, 山田庸公, 井村敬一郎, 出口和彦, 佐藤憲昭
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  • [Presentation] Zn-Ag-Sc 及びCd-Mg-Yb 系準結晶・近似結晶の低温物性2018

    • Author(s)
      林裕人, 山下冬馬, 本山岳, 國中柾希, 石政勉, 蔡安邦, 山田庸公, 井村敬一郎, 出口和彦, 佐藤憲昭
    • Organizer
      第23回準結晶研究会
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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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