Search for novel phenomena due to the hybridization effect between multipoles and conduction electrons

• Project Area: J-Physics: Physics of conductive multipole systems
• Project/Area Number: 18H04312
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 松林 和幸 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (10451890)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2019: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 重い電子超伝導 / 多極子秩序 / 圧力効果 / 四極子秩序 / 超伝導 / 非フェルミ液体 / 重い電子系超伝導

Outline of Annual Research Achievements

本課題では，多極子自由度が関与した多彩な相転移や伝導現象に着目し、特に四極子自由度が関与した近藤効果や超伝導を高圧下での精密物性測定によって明らかにすることを目的とした。特に、高圧下での熱力学的な特性を明らかにすべく，比熱および熱電能測定法の開発に取り組んだ。四極子自由度を有するPr系化合物PrTi2Al20に対しては、約9 GPaまでの高圧力下での比熱を半定量的に評価し、重い電子超伝導の発現による比熱異常を観測すること成功した。また、高圧下比熱測定での測温技術を応用することで、高圧下・磁場中での熱電能測定法を3 GPa程度の圧力域まで確立することにも成功した。さらに高圧下・磁場中電気抵抗測定からは、PrTi2Al20の四極子秩序が消失する10 GPaを超えた領域の幅広い圧力・磁場領域において、四極子近藤効果を示唆する非フェルミ液体的挙動が観測されることを見出した。四極子自由度を有する新たなPr系化合物として、Znを含む1-2-20系物質のZnサイトの一部をSnで置換したPrRu2Sn2Zn18に対する研究も行った。その結果、常圧では約2 Kで四極子秩序を示す一方で、加圧により混成効果が顕著な増大を示すことを見出した。これと類似した圧力効果は、PrTi2Al20においても観測されており、Al系とZn系物質の物性を統一的に理解するための重要な手がかりになると期待される。さらに、常圧において四極子秩序とキャント磁性を示すBa2MgReO6の単結晶試料における圧力効果の研究も行った。その結果，理論的に予言されていた八極子および新奇な磁性相の存在を示唆する多彩な圧力-温度相図を実験的に得ることを成功した。本課題から得られた成果は、多極子自由度を有する系に対する新奇物性の開拓につながると期待される。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] High-Pressure Hall Effect Measurement on Ta2NiSe5 as a Candidate for Excitonic Insulator (2020)
  • Author(s): Arima Hiroto、Naito Yasushi、Kudo Kazuki、Katayama Naoyuki、Sawa Hiroshi、Nohara Minoru、Lu Yangfan、Kitagawa Kentaro、Takagi Hidenori、Uwatoko Yoshiya、Matsubayashi Kazuyuki
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 30 Pages: 011031-011031
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011031
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Superconducting-Gap Anisotropy of Iron Pnictides Investigated via Combinatorial Microwave Measurements (2020)
  • Author(s): Tatsunori Okada, Yoshinori Imai, Kentaro Kitagawa, Kazuyuki Matsubayashi, Masamichi Nakajima, Akira Iyo, Yoshiya Uwatoko, Hiroshi Eisaki, and Atsutaka Maeda
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 7064-7064
  • DOI: 10.1038/s41598-020-63304-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Robust two-gap strong coupling superconductivity associated with low-lying phonon modes in pressurized Nb5Ir3O superconductors (2019)
  • Author(s): Wang Bosen、Zhang Yaoqing、Xu Shuxiang、Ishigaki Kento、Matsubayashi Kazuyuki、Cheng Jin-Guang、Hosono Hideo、Uwatoko Yoshiya
  • Journal Title: Chinese Physics B Volume: 28 Issue: 10 Pages: 107401-107401
  • DOI: 10.1088/1674-1056/ab4047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exotic superconductivity in noncentrosymmetric and magnetic CeNiC2 revealed under high pressure (2019)
  • Author(s): Katano Susumu、Ito Masayuki、Shibata Kohei、Gouchi Jun、Uwatoko Yoshiya、Matsubayashi Kazuyuki、Soeda Hideto、Takahashi Hiroki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 10 Pages: 100501-100501
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.100501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pressure-induced enhancement of superconductivity and quantum criticality in the 12442-type hybrid-structure superconductor KCa2Fe4As4F2 (2019)
  • Author(s): Wang Bosen、Wang Zhi-Cheng、Ishigaki Kento、Matsubayashi Kazuyuki、Eto Tetsujiro、Sun Jianping、Cheng Jin-Guang、Cao Guang-Han、Uwatoko Yoshiya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 1 Pages: 014501-014501
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.014501
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pressure-Induced Novel Quantum Phase Transition in 4<i>f</i>-Electron Systems (2018)
  • Author(s): 松林 和幸、上床 美也
  • Journal Title: Butsuri Volume: 73 Issue: 5 Pages: 292-296
  • DOI: 10.11316/butsuri.73.5_292
  • NAID: 130007590580
  • ISSN: 0029-0181, 2423-8872
  • Year and Date: 2018-05-05
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evolution of Magnetic Double Helix and Quantum Criticality near a Dome of Superconductivity in CrAs (2018)
  • Author(s): Matsuda M.、Lin F.K.、Yu R.、Cheng J.-G.、Wu W.、Sun J.P.、Zhang J.H.、Sun P.J.、Matsubayashi K.、Miyake T.、Kato T.、Yan J.Q.、Stone M.B.、Si Qimiao、Luo J.L.、Uwatoko Y.
  • Journal Title: Physical Review X Volume: 8 Issue: 3 Pages: 031017-031017
  • DOI: 10.1103/physrevx.8.031017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two distinct superconducting phases and pressure-induced crossover from type-II to type-I superconductivity in the spin-orbit-coupled superconductors BaBi3 and SrBi3 (2018)
  • Author(s): Wang Bosen、Luo Xuan、Ishigaki Kento、Matsubayashi Kazuyuki、Cheng Jinguang、Sun Yuping、Uwatoko Yoshiya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 22 Pages: 220506-220506
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.220506
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Universal phase diagram of superconductivity and charge density wave versus high hydrostatic pressure in pure and Se-doped 1T-TaS2 (2018)
  • Author(s): Wang Bosen、Liu Yu、Luo Xuan、Ishigaki Kento、Matsubayashi Kazuyuki、Lu Wenjian、Sun Yuping、Cheng Jinguang、Uwatoko Yoshiya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 22 Pages: 220504-220504
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.220504
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Pr1-2-20 系の超伝導と重い電子状態、非フェルミ液体状態に対 する圧力効果 (2020)
  • Author(s): 松林 和幸
  • Organizer: J-Physics:多極子伝導系の物理 令和元年度領域全体会議
• [Presentation] 高圧力下・極低温・磁場中におけるYbCo2Zn20の熱電能 (2020)
  • Author(s): 工藤一輝, 内藤康氏, 有馬寛人, 上床美也, 松林和幸
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] PrRu2Sn2Zn18における四極子秩序の圧力効果 (2020)
  • Author(s): 山本洸凪, 駒形貴裕, 脇舎和平, 梅原出, 郷地順, 上床美也, 松林和幸
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] BiS2系層状化合物の温度-圧力相図 (2020)
  • Author(s): 有馬寛人, Y. Yuan, 内藤康氏, 工藤一輝, 矢藤優佑, Rajveer Jha, 後藤陽介, 水口佳一, 松田達麿, 青木勇二, 松林和幸
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] Pressure-induced heavy fermion superconductivity and non-Fermi liquid behavior in non-Kramers doublet system PrT2Al20 (T = Ti, V) (2019)
  • Author(s): Kazuyuki Matsubayashi
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019 (SCES '19)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Effect of pressure on heavy fermion superconductivity in the quadrupole system PrTi2Al20 (2019)
  • Author(s): Kazuyuki Matsubayashi
  • Organizer: International workshop on Spin-Orbit Interaction and G-factor (SOIG 2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] PrT2Al20 (T = Ti, V)における圧力誘起重い電子超伝導と非フェルミ液体的挙動 (2019)
  • Author(s): 松林 和幸
  • Organizer: J-Physics 地域研究会
• [Presentation] Effect of pressure on the quadrupolar and magnetic order in cubic double perovskite Ba2MgReO6 (2019)
  • Author(s): H. Arima, D. Hirai, Z. Hiroi, K. Matsubayashi
  • Organizer: J-Physics 2019 International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] AC specific heat measurement of PrTi2Al20under pressure (2019)
  • Author(s): R. Hoshi, F. Motoyama, R. Kuwata, S. Kittaka, Y. Uwatoko, N. Sokabe, A. Sakai, S. Nakatsuji, K. Kitagawa, K. Matsubayashi
  • Organizer: J-Physics 2019 International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-pressure Hall effect measurement on Ta2NiSe5 as a candidate for excitonic insulator (2019)
  • Author(s): H. Arima, Y. Naito, K. Kudo, N. Katayama, H. Sawa, M. Nohara, Y. Lu, K. Kitagawa, H. Takagi, Y. Uwatoko, K. Matsubayashi
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019 (SCES '19)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Resistive anisotropy of candidate excitonic insulator Ta2NiSe5 under pressure (2019)
  • Author(s): H. Arima, Y. Naito, K. Kudo, N. Katayama, H. Sawa, M. Nohara, Y. F. Lu, K. Kitagawa, H. Takagi, Y. Uwatoko, K. Matsubayashi
  • Organizer: The 27th AIRAPT International Conference on High Pressure Science and Technology (AIRAPT27)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 立方晶PrRu2Sn2Zn18の多極子秩序 (2019)
  • Author(s): 脇舎和平, 駒形貴裕, 杉山雄紀, 上原政智, 郷地順, 松林和幸, 上床美也, 梅原出
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] LaOBiPbS3およびLa2O2Bi3AgS6における圧力誘起超伝導と高圧下における電気輸送特性 (2019)
  • Author(s): 内藤康氏, 工藤一輝, 有馬寛人, 辺土正人, Rajveer Jha, 後藤陽介, 松田達磨, 青木勇二, 水口佳一, 松林和幸
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 高圧下における熱電能測定法の開発とYbCo2Zn20への応用 (2019)
  • Author(s): 工藤一輝, 内藤康氏, 有馬寛人, 上床美也, 松林和幸
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] High-pressure tuning of the quadrupole order and superconductivity in PrTr2Al20 (Tr = Ti, V) (2018)
  • Author(s): K. Matsubayashi
  • Organizer: International Workshop: Novel Phenomena in Quantum Materials driven by Multipoles and Topology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高圧力を用いた新奇な量子相転移と超伝導の探索 (2018)
  • Author(s): 松林和幸
  • Organizer: 京都大学基礎物理学研究所研究会「電子相関が生み出す新規な秩序と超伝導現象:トポロジー、液晶状態、動的現象」
  • Invited
• [Presentation] Pressure-induced novel superconductivity and quantum critical phenomena in nonmagnetic systems (2018)
  • Author(s): K. Matsubayashi
  • Organizer: Joint Eighteenth International Conference on HIGH PRESSURE SEMICONDUCTOR PHYSICS & Second International Workshop on HIGH PRESSURE STUDY OF SUPERCONDUCTORS (HPSP18&WHS2)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高圧力による新規超伝導体の探索と電子状態の制御 (2018)
  • Author(s): 松林和幸
  • Organizer: J-Physics トピカルミーティング ものづくりシリーズ 第3回「物質探索最前線」
  • Invited
• [Presentation] 非クラマース Pr 系化合物における高圧力で誘起される新奇物性 (2018)
  • Author(s): 松林和幸
  • Organizer: J-Physics:多極子伝導系の物理 平成30年度領域全体会議
• [Presentation] Pressure-tuning of the interplay between ferroquadrupole order and superconductivity in PrTi2Al20 (2018)
  • Author(s): K. Matsubayashi, F. Motoyama, R. Hoshi, N. Sokabe, T. Isomae, M. Tsujimoto, A. Sakai, S. Nakatsuji, S. Kittaka, Y. Uwatoko, K. Kitagawa
  • Organizer: “Topological Phases and Functionality of Correlated Electron Systems” (TPFC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PrTi2Al20の高圧下で顕在化する非フェルミ液体的挙動と超伝導の相関 (2018)
  • Author(s): 元山史都, 曽我部尚希, 酒井明人, 中辻知, 北川健太郎, 上床美也, 松林和幸
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 圧力下における交流法比熱測定装置の開発 (2018)
  • Author(s): 星竜二, 橘高俊一郎, 上床美也, 松林和幸
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] YbCo2Ge4の圧力－温度－磁場相図 (2018)
  • Author(s): 桑田凌, 岩谷誠A, 北川健太郎B, 上床美也, 松林和幸
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 高圧下における熱電能測定装置の開発 (2018)
  • Author(s): 内藤康氏, 工藤一輝, 有馬寛人, 辺土正人, 松林和幸
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会
• [Presentation] PrTi2Al20における高圧下交流比熱測定 (2018)
  • Author(s): 星竜二, 元山史都, 桑田凌, 曽我部尚希, 磯前貴央, 酒井明人, 中辻知, 橘高俊一郎, 上床美也, 北川健太郎, 松林和幸
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会
• [Remarks] 研究室Webページ
  • URL: http://www.m-lab.es.uec.ac.jp/Matsubayashi_Group/Home.html