中性子散乱によるs電子強磁性の機構解明（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 15KK0165
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 茨城大学 (2018-2019); 大阪大学 (2015-2017)
• 研究代表者: 中野 岳仁 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (50362611)
• 研究期間 (年度): 2016 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円)
• キーワード: ゼオライト / アルカリ金属 / ナノクラスター / s電子 / 強磁性 / 中性子回折 / 高圧

研究成果の概要

ゼオライト結晶中にアルカリ金属クラスターを配列させると結晶構造と組成に依存して強磁性・反強磁性・フェリ磁性などの磁気秩序が発現する．これらの発現機構を解明すべく中性子回折やミュオンスピン緩和などを適用した．英国のRALにおいて，Heガス圧を印加することにより，Na-K合金クラスターが示すフェリ磁性が極端に増強される現象について，温度・圧力を網羅した相図の作成に成功した．さらにこの系について，加圧下でのミュオンスピン緩和測定をRALで行い内部磁場の観測に成功した．常圧下の強磁性／フェリ磁性試料について偏極中性子回折実験を行い，ナノクラスター中のスピン密度分布に関する知見を始めて得た．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の対象物質には，遷移金属元素のd電子や希土類元素のf電子が全く含まれていない．本来，磁気秩序とは最も縁遠いと考えられるｓ電子が磁気秩序を示すという点で非常にユニークであると言える．本研究の成果は，周期的なナノ空間においてｓ電子がいかに強磁性を示すのかを解明する直接的な手がかりを得た点に学術的意義がある．
また，対象物質の構成元素はNa, K, Al, Si, O であり，地球上に極めてありふれた元素（ユビキタス元素）のみである．希少元素を全く用いずに磁性体を実現する指針を与えており，将来社会への還元も期待できる．

研究成果

• [国際共同研究] ラザフォード・アップルトン研究所(英国) (2016)
• [雑誌論文] Metallic State in Rubidium-Loaded Low-Silica X zeolite (2020)
  • 著者名/発表者名: Peter Jeglic, Takehito Nakano, Tadej Meznarsic, Denis Arcon, Mutsuo Igarashi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: to be published
  • NAID: 40022283320
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ferromagnetism of potassium metal under pressure loading into zeolite low-silica X (2019)
  • 著者名/発表者名: Araki Shingo、Hoang Nam Nguyen、Shimodo Kota、Nakano Takehito、Nozue Yasuo
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 9 ページ: 094403-094403
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.094403
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] μSR study on hydrogen behavior in palladium (2018)
  • 著者名/発表者名: Mototsugu Mihara, Hideki Araki, Masataka Mizuno, Koichiro Shimomura, Wataru Higemoto, Kazuki Sugita , Kobayashi Atsushi, Masashi Kondo, Yuki Tanaka, Teiichiro Matsuzaki, Ryosuke Kadono, Wataru Sato, Takehito Nakano and Takashi Fukuda
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 21
  • DOI: 10.7566/jpscp.21.011031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thermally Activated Motion of Sodium Cations in Insulating Parent Low-Silica X Zeolite (2017)
  • 著者名/発表者名: Mutsuo Igarashi, Peter Jeglic, Tadej Meznarsic, Takehito Nakano, Yasuo Nozue, Naohiro Watanabe, and Denis Arcon
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 7 ページ: 075005-075005
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.075005
  • NAID: 210000134458
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic Properties of Alkali Metals Loaded into Channel-Type Zeolite L (2017)
  • 著者名/発表者名: Thi P T、Nakano T、Sakamoto Y、Nozue Y
  • 雑誌名: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 巻: 196 ページ: 012002-012002
  • DOI: 10.1088/1757-899x/196/1/012002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic moments and ordered states in pyrochlore iridates Nd2Ir2O7 and Sm2Ir2O7 studied by muon-spin relaxation (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Asih, N. Adam, S. S. M. Tajudin, D. P. Sarid, K. Matsuhira, H. Guo, M. Wakeshima, Y. Hinatsu, T. Nakano, Y. Nozue, S. Sulaiman, M. I. M. Ibrahim, P. K. Biswas, I. Watanabe
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 号: 2 ページ: 0247051-7
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.024705
  • NAID: 210000134266
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electrons of alkali metals in regular nanospaces of zeolites (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nakano and Y. Nozue
  • 雑誌名: Adv. Phys. X 巻: 2 号: 2 ページ: 254-280
  • DOI: 10.1080/23746149.2017.1280415
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ionothermal synthesis and magnetic study of a new manganese(II) phosphite with an unprecedented Mn/P ratio (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Su, H. Xing, Y. Li, J. Wu, T. Nakano, J. Yu
  • 雑誌名: Inorg. Chem. Front. 巻: 3 号: 7 ページ: 924-927
  • DOI: 10.1039/c6qi00014b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetodielectric detection of magnetic quadrupole order in Ba(TiO)Cu4(PO4)4 with Cu4O12 square cupolas (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura, P. Babkevich, M. Sera, M. Toyoda, K. Yamauchi, G. S. Tucker, J. Martius, T. Fennell, P. Manuel, D. D. Khalyavin, R. D. Johnson, T. Nakano, Y. Nozue, H. M. Ronnow, T. Kimura
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 7 号: 1 ページ: 130391-7
  • DOI: 10.1038/ncomms13039
  • 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] 放射光・中性子・ミュオンで見た配列アルカリ金属ナノクラスターの磁気秩序 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中野岳仁
  • 雑誌名: SPring-8/SACLA Information 巻: 21 ページ: 280-284
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Strong Enhancement of Spin-orbit Interaction and Ferromagnetism in Potassium Nanoclusters Incorporated into Zeolite A (2019)
  • 著者名/発表者名: Takehito Nakano
  • 学会等名: International Conference on Magnetism and Its Application (ICMIA 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strong Enhancement of Spin-orbit Interaction in Alkali Metal Nanoclusters Incorporated into Zeolite A (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Nakano and Y. Nozue
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2019 (MRM 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Direct Observation of Ferromagnetic Moment of Potassium Nanoclusters Arrayed in Zeolite A by Polarized Neutron Diffraction (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Nakano, K. Ohishi, M. Matsuura
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2019 (MRM 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 偏極中性子回折で見るゼオライトA中のカリウムクラスターの強磁性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中野岳仁，大石一城，松浦直人
  • 学会等名: 量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] ゼオライトLSX中のNa-Kクラスターが示すフェリ磁性の高圧Heガス下におけるμSR (2019)
  • 著者名/発表者名: 中野岳仁，Luu Manh Kien，渡邊功雄，Retno Asih，石井康之，Mark Kibble，Christopher Goodway，Colin Offer，Robert Done
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Magnetic Ordering of s-Electrons Confined in Regular Nanospace of Zeolite Studied by using Muon, Neutron and Synchrotron Radiation Light (2018)
  • 著者名/発表者名: Takehito Nakano
  • 学会等名: 3rd International Symposium of Quantum Beam Science at Ibaraki University
  • 国際学会
• [学会発表] Correlated s-Electron Systems in Regular Nanospace of Zeolite Crystals (2018)
  • 著者名/発表者名: Takehito Nakano
  • 学会等名: 12th PRAGUE COLLOQUIUM ON f-ELECTRON SYSTEMS
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Polarized Neutron Diffraction Study on Ferromagnetism of Potassium Nanoclusters Incorporated into Zeolite A (2018)
  • 著者名/発表者名: Takehito Nakano, Kazuki Ohishi, Masato Matsuura
  • 学会等名: 4th International Conference on Functional Materials Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 偏極中性子回折で見るゼオライトA中のKクラスターの強磁性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中野岳仁，大石一城，松浦直人
  • 学会等名: 日本物理学会第７３回年次大会
• [学会発表] ゼオライトA中のカリウムクラスターの中性子磁気回折II (2017)
  • 著者名/発表者名: 中野岳仁，大石一城，松浦直人，Kirill Nemkovskiy，Yixi Su，Pascal Manuel, Dmitry Khalyavin，梅本尚嗣，野末泰夫
  • 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
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Anomalous enhancement of ferromagnetic properties in Na-K alloy nanoclusters incorporated into zeolite LSX driven by high pressure helium gas (2017)
  • 著者名/発表者名: Takehito Nakano, Ryozo Kishimoto, Gayan Prasad Hettiarachchi, Yasuyuki Ishii, Isao Watanabe, Yasuo Nozue
  • 学会等名: International Symposium on Intercalation Compounds (ISIC19)
  • 国際学会
• [学会発表] Extraordinary enhancement of ferromagnetic properties in Na-K alloy clusters in zeolite LSX driven by high pressure helium gas (2017)
  • 著者名/発表者名: Takehito Nakano, Ryozo Kishimoto, Gayan Prasad Hettiarachchi, Yasuyuki Ishii, Retno Asih, Luu Manh Kien, Colin Offer, Isao Watanabe, Yasuo Nozue
  • 学会等名: International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Correlated electrons of alkali metals in regular nanospace of zeolite crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Takehito Nakano
  • 学会等名: International Workshop on Organic Molecular Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ゼオライトA中のRbクラスターにおける巨大なスピン軌道相互作用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中野岳仁，鈴木将太，Truong Cong Duan，野末泰夫
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Anomalous enhancement of ferromagnetic properties in alkali-metal nanoclusters in zeolite crystal by high pressure helium gas (2016)
  • 著者名/発表者名: Takehito Nakano
  • 学会等名: 3rd International Conference on Functional Materials Science 2016 (ICFMS2016)
  • 発表場所: Bali, Indonesia
  • 年月日: 2016-10-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Antiferromagnetic ordering and insulator-to-metal transition in alkali metal nanoclusters arrayed in sodalite (2016)
  • 著者名/発表者名: Takehito Nakano
  • 学会等名: European Physical Society, Condensed Matter Devision (CMD-26)
  • 発表場所: Groningen, Netherlands
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会