Probing topological order in f-electron system via complementary use of quantum beams
Project/Area Number |
20H01864
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
Principal Investigator |
金子 耕士 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (30370381)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 孝 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (10455280)
田端 千紘 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究職 (60783496)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000)
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Keywords | 中性子散乱 / 放射光実験 / muSR実験 / トポロジカル磁気秩序 / 磁気スキルミオン / muSR / 磁気スキルミオン格子 / Eu化合物 / Gd化合物 / トポロジカル秩序 |
Outline of Research at the Start |
トポロジカルに保護された秩序状態は,磁気スキルミオンを筆頭に優れた機能を有することから,応用も含めて注目を集めている.これまではMnSiなどのd電子系を中心に研究されてきたが,最近,EuやGd化合物などf電子系化合物でも実現することが発見された. f電子系では短周期や異方性など,d電子系にはない新奇な特徴を有し,異なる発現メカニズムも期待されることから,その特徴に注目が集まっている. 本課題ではf電子系で実現する磁気スキルミオンなどのトポロジカル磁気秩序に着目し,中性子,放射光,ミュオンの量子ビームプローブを相補的に駆使して,静的・動的の両面から,その本質に迫ることを目的とする.
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Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、これまでMnSiなどのd電子系を中心に研究されてきた、磁気スキルミオンを代表とするトポロジカルに保護された秩序状態について、新たにf電子系でのトポロジカル磁気秩序に着目し、中性子、放射光、ミュオンの量子ビームプローブを相補的に駆使して、静的・動的の両面から、その本質に迫ることを目的としている。 本年度は新たに2つの系について着手した。この内、磁場下でトポロジカルホール効果の出現が期待されるGd化合物について、中性子散乱によりまず基底状態での磁気構造を調べた。再稼働したJRR-3での測定において、吸収が巨大ながらも磁気反射の観測に成功し、過去の報告と秩序波数が異なっていることを明らかにした。この結果により、続く磁場下での測定への足掛かりを気付くことが出来た。 軌道磁気モーメントをもつ希土類元素について、磁場誘起秩序構造および非弾性散乱によるダイナミクスの測定を行った。磁気抵抗やホール異常が観測される磁場領域において、特殊な磁気散乱パターンの出現を観測した。これは既知の磁気スキルミオンなどとは異なる磁気構造の実現を示唆している。またダイナミクスからも、新たな特徴的な励起構造をもつことを明らかにした。以上の結果から、輸送異常の要因となる新たな磁気構造の存在が期待される。 これまでに行ってきたスピン系のEu,Gdに加え、あらたに軌道磁気モーメントを持つ系へと展開が得られた点で、大きな前進が得られた。
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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
本年度は、主たる実験施設であるJRR-3が順調に再稼働し、Gd化合物においても中性子散乱が実験可能となった点で進展が得られた。また新たに軌道磁気モーメントをもつ系において、抵抗異常と関連する新奇構造形成の結果が得られた点では、着実な進展が得られたと言える。JRR-3では、主たる試料環境装置であるマグネット、3Heインサートも本格稼働し、今後より一層の実験の進展も期待出来る。一方、予定していた海外施設における実験は、施設のトラブルなどで制約をうけている。
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Strategy for Future Research Activity |
最終年度である次年度も、中性子、放射光、muSRの3プローブの相補利用による研究展開を予定している。Eu系について、これまでの実験結果をまとめるとともに、今年度新たに取り組んだGd化合物、軌道磁気モーメントを有する系については、共鳴X線およびmuSRを実施することで、全体像の把握に努める。これにより、f電子系におけるトポロジカル磁気秩序について、その特徴を明らかにすることを計画している。
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Report
(3 results)
Research Products
(52 results)
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[Journal Article] Damped Dirac magnon in a metallic kagome; antiferromagnet FeSn2022
Author(s)
Seung-Hwan Do, Matthew B. Stone, Koji Kaneko, Ryoichi Kajimoto, Kazuya Kamazawa, Shinichi Itoh, Takatsugu Masuda, German D. Samolyuk, William R. Meier, Brian C. Sales, Hu Miao, and Andrew D. Christianson
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 105
Issue: 18
Pages: 064704-064704
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Two-step Mott transition in Ni(S,Se)2: μSR studies and charge-spin percolation model2022
Author(s)
Q. Sheng, T. Kaneko, K. Yamakawa, Z. Guguchia, Z. Gong, G. Zhao, G. Dai, C. Jin, S. Guo, L. Fu, Y. Gu, F. Ning, Y. Cai, K. M. Kojima, J. Beare, G. M. Luke, S. Miyasaka, M. Matsuura, S.-i. Shamoto, T. U. Ito, W. Higemoto, A. Gauzzi, Y. Klein, Y. J. Uemura
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Journal Title
Physical Review Research
Volume: 4
Issue: 3
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Square and rhombic lattices of magnetic skyrmions in a centrosymmetric binary compound2022
Author(s)
R. Takagi, N. Matsuyama, V. Ukleev, L. Yu, J. S. White, S. Francoual, J. R. L. Mardegan, S. Hayami, H. Saito, K. Kaneko, K. Ohishi, Y. Onuki, T. Arima, Y. Tokura, T. Nakajima, S. Seki
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 13
Issue: 1
Pages: 1472-1472
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] muSR and Neutron Scattering Studied on Possible Partially-Disordered Magnetic State Coexisting with Heavy Quasiparticles in SmPt2Si22020
Author(s)
Naoki Nakamura, Ryuji Higashinaka, Kengo Fushiya, Ryo Tsubota, Takashi U. Ito, Wataru Higemoto, Akiko Nakao, Ryoji Kiyanagi, Takashi Ohhara, Koji Kaneko, Tatsuma D. Matsuda, and Yuji Aoki
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Journal Title
J. Phys. Soc. Cof.
Volume: 29
Pages: 12009-12009
DOI
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[Presentation] SmAu3Al7が示す重い電子状態と共存した部分無秩序相における磁気構造2023
Author(s)
東中隆二, 北川紘章, 金子耕士, 伊藤孝, 大原高志, 田端千紘, 鬼柳亮嗣, 萩原雅人, 中尾朗子, 神戸振作, 松田達磨, 青木勇二
Organizer
日本物理学会2023年春季大会
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[Presentation] Magnetic Skyrmion Lattice in Eu-based Trillium Lattice Compound EuPtX (X=Si, Ge)2022
Author(s)
K. Kaneko, C. Tabata, T. Takeuchi, M. D. Frontzek, M. Matsuda, K. Ohishi, T. U. Ito, K. Munakata, R. Kiyanagi, M. Kakihana, M. Hedo, T. Nakama and Y. Onuki
Organizer
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[Presentation] Magnetic skyrmion lattice in cubic f-electron magnet EuPtX2021
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K. Kaneko, C. Tabata, T. Takeuchi, M. D. Frontzek, M. Matsuda, K. Ohishi, T. U. Ito, K. Munakata, R. Kiyanagi, M. Kakihana, Y. Onuki
Organizer
IOP CRIM 2021: Magnetic skyrmions
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[Presentation] News from JRR-32020
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K. Kaneko, C. Tabata, T. Takeuchi, M. D. Frontzek, M. Matsuda, K. Ohishi, T. U. Ito, K. Munakata, R. Kiyanagi, M. Kakihana, Y. Onuki
Organizer
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