トポロジカル絶縁体におけるスピンロックの検出

• 研究課題/領域番号: 15J05303
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性II(実験)
• 研究機関: 上智大学
• 研究代表者: 松井 一樹 上智大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2016年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: トポロジカル絶縁体 / NMR / μSR / μＳＲ / スピンロック / ＮＭＲ

研究実績の概要

これまで測定を行ってきたトポロジカル絶縁体試料の表面磁化については，施設の検出限界内では観測できなかった．この原因は実験を行ったPSI研究所（スイス）の測定精度が公称値よりも遥かに低く，重要な表面数ナノメートル領域を低エネルギーミュオンで見ようとすると大きなアーティファクトが生じたためである．なお，このこと自体，施設側も認識していなかった新しい発見である．
本系のように生じる磁化が微小であると見積もられる場合は特に，ミュオン停止位置の詳細な解析かそれに相当する解析の手法を確立する必要がある．そのため，本年度は主にμSRを用いて研究が進められておりNMRによる相補的な検証が進められている，3次元相関のあるダイマー系NH4CuCl3について研究を進め，今後必要になるμSRスペクトルの解析方法についての知見を得た．
NH4CuCl3は零磁場でギャップレスであり，磁場印加に応じてギャップが開閉することで二段階の磁化プラトーを持つ点が特徴である．我々は強磁場μSR・1H-NMRによって検証を試みた．単結晶試料を用い，TF-μSR測定についてはPSIのHAL9500において， NMRについては本研究室の超伝導マグネットを用いて，いずれも8 Tの強磁場下までの磁場範囲において測定を行い，プラトー内外の内部磁場の変化の温度・磁場依存性を調べた．
NMRスペクトル測定により，結晶学的に等価だったダイマーが磁気的に非等価になっていることが明らかとなった．また，横磁化の秩序化があることも明らかになった．NMRスペクトルの解析から得られた磁気構造をもとにμSR測定の結果を解析したところ，ミュオンは陰イオンサイト近傍に停止して内場をプローブしているとして矛盾がないことが分かった．NMRとμSRを相補的に用いることにより，ミュオンの停止位置について，解析の指針が得られた．

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Ground State of Quasi-One Dimensional Competing Spin Chain Cs2Cu2Mo3O12 at zero and Finite Fields (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui Kazuki、Goto Takayuki、Angel Julia、Watanabe Isao、Sasaki Takahiko、Hase Masashi
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 21 ページ: 011018-011018
  • DOI: 10.7566/jpscp.21.011008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 133 Cs-NMR Study on the Ground State of the Equilateral Triangular Spin Tube CsCrF 4 (2018)
  • 著者名/発表者名: K Matsui and T Goto and H Manaka and Y Miura
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 969 ページ: 012108-012108
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012108
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 133 Cs-NMR study on aligned powder of competing spin chain compound Cs 2 Cu 2 Mo 3 O 12 (2018)
  • 著者名/発表者名: A Yagi and K Matsui and T Goto and M Hase and T Sasaki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 21 ページ: 012125-012125
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012125
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rb-NMR study of the quasi-one-dimensional competing spin-chain compound Rb2Cu2Mo3O12 (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui Kazuki、Yagi Ayato、Hoshino Yukihiro、Atarashi Sochiro、Hase Masashi、Sasaki Takahiko、Goto Takayuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.220402
  • 査読あり
• [雑誌論文] High field 1H-NMR study around a 1/4 plateau of quantum spin dimer system NH4CuCl3 (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Matsui, M. Fujisawa, H. Tanaka, R. Scheuermann and T. Goto
  • 雑誌名: IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 巻: 828 ページ: 012011-012011
  • DOI: 10.1088/1742-6596/828/1/012011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] NMR and μ-SR study on competing Heisenberg chain Cs2Cu2Mo3O12 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Goto, A. Yagi, K. Matsui, I. Watanabe1, T. Sasaki and M. Hase
  • 雑誌名: IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 巻: 828 ページ: 012017-012017
  • DOI: 10.1088/1742-6596/828/1/012017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NMR study on the competing spin chain Rb2Cu2Mo3O12 (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yagi, K. Matsui, T. Goto, M. Hase and T. Sasaki
  • 雑誌名: IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 巻: 828 ページ: 012016-012016
  • DOI: 10.1088/1742-6596/828/1/012016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The magnetic structure on the ground state of the equilateral triangular spin tube (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Matsui, T. Goto, H. Manaka, Y. Miura
  • 雑誌名: Hyperfine Interact 巻: 237 号: 1 ページ: 123-123
  • DOI: 10.1007/s10751-016-1330-5
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] NMR study on the quasi one-dimensional quantum spin magnet with ladder structure (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kobori, K. Matsui, H. Kuwahara, T. Goto, X. Zhang, Y. Nakano, S. Nishihara, K. Inoue, T. Sasaki
  • 雑誌名: Hyper. Inter. 巻: 237 号: 1 ページ: 116-116
  • DOI: 10.1007/s10751-016-1329-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 19F-NMR study on the Equilateral Triangular Spin Tube CsCrF4 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Matsui, Takayuki Goto, Hirotaka Manaka, and Yoko Miura
  • 雑誌名: 20th International Conference on Magnetism, ICM 2015 巻: 75 ページ: 726-730
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2015.12.094
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Low-energy μSR Study on the Tetradymite Topological Insulator Bi1.5Sb0.5TeSe (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Goto, Kazuki Matsui, Tadashi Adachi, Tomi Ohtsuki, Ngoc Han Tu, Yoichi Tanabe, Katsumi Tanigaki, Isao Watanabe, Zaher Salman, Andreas Suter, Thomas Prokscha
  • 雑誌名: Physics Procedia Volume 巻: 75 ページ: 100-105
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2015.12.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 133Cs/19F-NMRによる正三角スピンチューブ磁性体CsCrF4の磁気構造の検証 II, (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井一樹, 後藤貴行, 真中浩貴, 三浦陽子
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市待兼山町 ）
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] NMRで見た擬一次元競合鎖Rb2Cu2Mo3O12の基底状態の磁場変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 八木彩人, 松井一樹, 星野侑宏, 細谷陽介, 後藤貴行, 長谷正司, 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府・豊中市待兼山町 ）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Ground state of quasi-one dimensional competeing spin chain Cs2Cu2Mo3O12 at zero and finite fields (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Matsui, T. Goto, I. Watanabe, T. Sasaki and M. Hase
  • 学会等名: The 14th In- ternational Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] High-eld TF-SR study around a 1/4 plateau of quantum spin dimer system NH4CuCl3 (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Matsui, T. Goto, T. Suzuki, A. Oosawa, M. Fujisawa, H. Tanaka, I. Watanabe, R. Scheuermann, P. K. Biswas and A. Amato
  • 学会等名: RIKEN-USM Symposium International Work- shop on Organic Molecule Systems
  • 国際学会
• [学会発表] 133Cs-NMR study on the ground state of the equilateral triangular spin tube CsCrF4 (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Matsui, T. Goto, H. Manaka, Y. Miura
  • 学会等名: the 28th International Conference on Low Temperature Physics (LT28)
  • 国際学会
• [学会発表] 133Cs-NMR study on aligned powder of competing spin chain Cs2Cu2Mo3O12 (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yagi, K. Matsui, ○ T. Goto, M. Hase and T. Sasaki
  • 学会等名: the 28th International Conference on Low Temperature Physics (LT28)
  • 国際学会
• [学会発表] 磁化プラトーを示 す量子スピン磁性体NH4CuCl3 の磁場中NMR (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井一樹, H. Guo, 渡邊功雄, 鈴木栄男, 藤澤真士, 田中秀数, 後藤貴行
  • 学会等名: 日本物理学会2017 年秋季大会
• [学会発表] NMRで見た擬一次元競合鎖Rb2Cu2Mo3O12の基底状態の磁場変化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 八木彩人, 松井一樹, 星野侑宏, 細谷陽介, 後藤貴行, 長谷正司, 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市角間町）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] NMRで見たRuダイマー量子スピン磁性体の価数チューニング (2016)
  • 著者名/発表者名: 後藤貴行, 松井一樹, 細谷陽介, 橋本剛, 遠藤明, 早下隆士, 井口聡, 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市角間町）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 磁化プラトーを示す量子スピン磁性体NH4CuCl3の磁場中μSR・NMR (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井一樹, H. Guo, 渡邊功雄, 鈴木栄男, 藤澤真士, 田中秀数, R. Scheuermann, 後藤貴行
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市角間町）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] NMR study on the competing spin chain Rb2Cu2Mo3O12 (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yagi, K. Matsui, Y. Hoshino, H. Kuroe, T. Goto, M. Hase and T. Sasaki
  • 学会等名: the 8th International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2016 (HFM 2016)
  • 発表場所: Taipei（Taiwan）
  • 年月日: 2016-09-08
  • 国際学会
• [学会発表] NMR and μ-SR study on competing Heisenberg chain Cs2Cu2Mo3O12 (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Goto, A. Yagi, K. Matsui, I. Watanabe, T. Sasaki and M. Hase
  • 学会等名: the 8th International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2016 (HFM 2016)
  • 発表場所: Taipei（Taiwan）
  • 年月日: 2016-09-08
  • 国際学会
• [学会発表] High-field 1H-NMR study around a 1/4 plateau of quantum spin dimer system NH4CuCl3 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Matsui，H. Guo，I. Watanabe，T. Suzuki，M. Fujisawa，H. Tanaka，R. Scheuermann and T. Goto
  • 学会等名: the 8th International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2016 (HFM 2016)
  • 発表場所: Taipei（Taiwan）
  • 年月日: 2016-09-08
  • 国際学会
• [学会発表] μSR/NMR study in a high field on quantum spin system NH4CuCl3 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井一樹, H. Guo, 渡邊功雄, 鈴木栄男, 藤澤真士, 田中秀数, R. Scheuermann
  • 学会等名: 超低速ミュオンが拓く科学シンポジウム/新学術領域 領域会議
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センター（茨城県・那珂郡東海村）
  • 年月日: 2016-08-26
• [学会発表] NMR study on the quasi one-dimensional quantum spin magnet with ladder structure (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kobori, K. Matsui, H. Kuwahara, T. Goto, X. Zhang, Y. Nakano, S. Nishihara, K. Inoue, T. Sasaki
  • 学会等名: the International Conference on Hyperfine Interactions and their Applications (HYPERFINE 2016)
  • 発表場所: Leuven（Belgium）
  • 年月日: 2016-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] The magnetic structure on the ground state of the equilateral triangular spin tube (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Matsui, T. Goto, H. Manaka, Y. Miura
  • 学会等名: the International Conference on Hyperfine Interactions and their Applications (HYPERFINE 2016)
  • 発表場所: Leuven（Belgium）
  • 年月日: 2016-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] Low-energy muSR study on the tetradymite topological insulator Bi1.5Sb0.5TeSe2 (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Goto, K. Matsui, T. Adachi, T. Ohtsuki, N. H. Tu, Y. Tanabe, I. Watanabe, Z. Salman, A. Suter and T. Prokscha
  • 学会等名: RIKEN-RAL Muon Facility 25-Years Operation Cerebration and Users Meeting: Frontier of the Muon Science Applications
  • 発表場所: Saitama, Japan
  • 年月日: 2016-02-14
  • 国際学会
• [学会発表] Low-energy μSR study on the thin-film of tetradymite topological insulator Bi1.5Sb0.5TeSe2 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Matsui, T. Goto, T. Adachi, T. Ohtsuki, N. H. Tu, Y. Tanabe, K. Tanigaki, I. Watanabe, Z. Salman, A. Suter and T. Prokscha
  • 学会等名: International USMM & CMSI Workshop: Frontiers of Materials and Correlated Electron Science - from Bulk to Thin Films and Interfaces
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-01-05
  • 国際学会
• [学会発表] Low-energy μSR study on the tetradymite topological insulator Bi1.5Sb0.5TeSe2 (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Matsui, T. Goto, T. Adachi, T. Ohtsuki, H. Tu, Y. Tanabe, I. Watanabe, Z. Salman, A. Suter, T. Prokscha
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism (ICM 2015)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会