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遷移金属化合物におけるスピン-軌道相関と量子揺らぎに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 15J08412
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)
研究機関東京大学

研究代表者

松浦 慧介  東京大学, 新領域創成科学研究科, 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 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード強相関電子系 / 軌道自由度 / 固体内素励起 / 格子回転効果 / 量子臨界点 / X線非弾性散乱 / 中性子非弾性散乱 / 超音波測定 / スピン・軌道相互作用 / 量子液体
研究実績の概要

強相関電子系では、電荷・スピン・軌道・格子といった固体内自由度を制御することによって、電気・磁気・弾性・熱といった固体の応答を制御する。本研究では、特に強相関電子系におけるスピン自由度と軌道自由度の結合したゆらぎを検出し、それを活かした巨大な物性応答を創出することを目標とした。まず、スピネル型酸化物MnV2O4では、J-PARCにおいて中性子非弾性散乱を用いて、従来スピン波と考えられてきた22 meV付近の磁気散乱がスピン軌道混成励起である可能性を提案し、その微視的なモデルを提唱した。また、温度変化を詳細に調べることで、その提案を裏付ける実験的な根拠を得た。さらに、SPring-8のBL43LXUにおいてMnV2O4のX線非弾性散乱実験を行い、MnV2O4のフォノンモードの同定に成功した。中性子非弾性散乱で観測された22 meVの励起の分散関係や散乱強度をモデル計算と比較したところ、フォノンではないことがわかった。以上から、スピン自由度と軌道自由度が結合した固体内素励起の存在を実験的に初めて明らかにした。次に、CoNb2O6における量子臨界点近傍での弾性定数のソフト化の起源を調べた。その起源は、横波超音波に含まれる格子回転の寄与によることを実験的に明らかにした。その大きさは、従来のf電子系の物質と比べて、はるかに大きな効果であった。立方対称場のCo2+イオンの電子状態を仮定して、格子回転を含んだハミルトニアンを理論的に導出し、スピン軌道相互作用によるスピン軌道混成効果と量子ゆらぎが結合して現れるのではないかと結論づけた。
以上のように、スピンと軌道の自由度が相関した新規な固体内素励起を発見した。また、スピンと軌道の量子ゆらぎに起因して、格子回転と呼ばれる横波音波の非対称な応答が巨大化することを発見した。

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。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] ドレスデン強磁場研究所(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Magnetic excitations in the orbital disordered phase of MnV2O42017

    • 著者名/発表者名
      Matsuura Keisuke、Sagayama Hajime、Uehara Amane、Nii Yoichi、Kajimoto Ryoichi、Kamazawa Kazuya、Ikeuchi Kazuhiko、Ji Sungdae、Abe Nobuyuki、Arima Taka-hisa
    • 雑誌名

      Physica B: Condensed Matter

      巻: 536 ページ: 372-376

    • DOI

      10.1016/j.physb.2017.09.085

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-Orbital Correlated Dynamics in the Spinel-Type Vanadium Oxide MnV2O42017

    • 著者名/発表者名
      Matsuura Keisuke、Sagayama Hajime、Uehara Amane、Nii Yoichi、Kajimoto Ryoichi、Kamazawa Kazuya、Ikeuchi Kazuhiko、Ji Sungdae、Abe Nobuyuki、Arima Taka-hisa
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 119 号: 1 ページ: 0172011-6

    • DOI

      10.1103/physrevlett.119.017201

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] カウントデータに関する多次元ヒストグラムのビン幅最適化2017

    • 著者名/発表者名
      武藤健介, 坂本浩隆, 松浦慧介, 有馬孝尚, 岡田真人
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: 117 ページ: 255-260

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] X-ray magnetic circular dichroism study of an orbital ordered state in the spinel-type vanadium oxide AV2O4(A=Mn,Fe)2015

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuura, H. Sagayama, Y. Nii, N. D. Khanh, N. Abe, and T. Arima
    • 雑誌名

      physical review B

      巻: 92 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevb.92.035133

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] スピネル型酸化物MnV2O4のフォノン分散2018

    • 著者名/発表者名
      松浦慧介
    • 学会等名
      第31回日本放射光学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Spin-Orbital Correlated Dynamics in the Spinel-Type Vanadium Oxide MnV2O42018

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Matsuura
    • 学会等名
      The 16th Korea-Japan meeting on Neutron Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] スピネル型酸化物MnV2O4におけるスピン-軌道混成励起波の観測2018

    • 著者名/発表者名
      松浦慧介
    • 学会等名
      2017年度サイエンスフェスタ
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] X線非弾性散乱によるスピネル型酸化物MnV2O4のフォノン分散の観測2017

    • 著者名/発表者名
      松浦慧介, 近江 毅志, 阿部 伸行, 徳永 祐介, 有馬 孝尚, 佐賀山 基, 石川 大介, A. Q. R. Baron
    • 学会等名
      日本物理学会2017年年次大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ハニカム反強磁性体 Co4Nb2O9における放射光を用いた格子歪みの測定2017

    • 著者名/発表者名
      松浦 慧介 , 徳村 謙祐 , N. D. Khanh, 佐賀山 基, 有馬 孝尚
    • 学会等名
      2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • 発表場所
      エポカルつくば
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 円偏光X線の電荷・磁気散乱の干渉を用いたYFeO3におけるDMベクトルの符号決定2017

    • 著者名/発表者名
      徳村 謙祐 , 松浦 慧介 , 阿部 伸行, 徳永 祐介, 有馬 孝尚, 佐賀山 基
    • 学会等名
      2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • 発表場所
      エポカルつくば
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] スピネル型酸化物MnV2O4のフォノン分散2017

    • 著者名/発表者名
      松浦慧介
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] スピネル型酸化物MnV2O4におけるスピン軌道結合励起の観測2017

    • 著者名/発表者名
      松浦慧介
    • 学会等名
      MLFチョッパーユーザーミーティング DIRECTION2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Large lattice rotational effect near quantum critical point in a transverse field Ising magnet CoNb2O62017

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Matsuura
    • 学会等名
      The 9th APCTP workshop on Multiferroics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic excitations in the orbital disordered phase of MnV2O42017

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Matsuura
    • 学会等名
      SCES2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スピネル型酸化物MnV2O4におけるスピン軌道混成励起の観測2016

    • 著者名/発表者名
      松浦慧介
    • 学会等名
      CMRC研究会
    • 発表場所
      KEKつくばキャンパス 研究本館小林ホール
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 擬1次元イジングスピン系CoNb2O6におけるスピン・軌道混成と弾性応答2016

    • 著者名/発表者名
      松浦慧介, P. T. Cong, S. Zherlitsn, J. Wosnitza, 有馬 孝尚
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Ultrasound Investigation of One Dimensional Zigzag Antiferromagnet MnNb2O62016

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuura, P. T. Cong, S. Zherlitsyn, J. Wosnitza, N. D. Khanh, T. Arima
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東北学院大学泉キャンパス(日本)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] スピネル型酸化物MnV2O4_における磁気励起の温度変化2015

    • 著者名/発表者名
      松浦慧介, 佐賀山基, 新居陽一, 有馬孝尚, 蒲澤和也, 梶本亮一
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西大学千里山キャンパス(日本)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] X-ray Magnetic Circular Dichroism in the Spinel-type Vanadium Oxides AV2O4 (A=Mn,Fe)2015

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuura, H. Sagayama, Y. Nii, N. D. Khanh, N. Abe, and T. Arima
    • 学会等名
      20th International Conference on Magnetism
    • 発表場所
      Barcelona,Spain
    • 年月日
      2015-07-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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