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結晶カイラリティの定量化とそれに基づくカイラル物性の理解

研究課題

研究課題/領域番号 16K05449
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅱ
研究機関東京大学 (2017-2018)
大阪大学 (2016)

研究代表者

木村 健太  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (70586817)

研究協力者 赤木 暢  
萩原 政幸  
三宅 厚志  
徳永 将史  
山内 邦彦  
豊田 雅之  
木村 尚次郎  
加藤 康之  
求 幸年  
木村 剛  
浅香 透  
漆原 大典  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードカイラリティ / ドメイン / 旋光度 / 電気磁気効果 / 単結晶 / 旋光性 / 非相反電気磁気光学効果 / 物性実験 / 強相関電子系
研究成果の概要

本研究は、結晶構造のカイラリティ(右手系と左手系)の度合いを定量的に表す「カイラリティ強度」なる概念を導入し、これを用いてカイラリティ由来物性を定量的に理解することを目指した。カイラリティ強度を元素置換で制御できる物質群の単結晶合成に成功し、そのカイラルドメインの形成様相がカイラリティ強度と強く相関していることを見出した。また、カイラリティ強度を秩序変数とみなせる旋回相転移を発見し、相転移近傍では旋光性とカイラリティ強度の温度変化が良く一致することを示した。さらに、今回開発したカイラル物質群が電気磁気特性の観点から極めて興味深い系であることを明らかにし、当初の予測を超える様々な成果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の主な成果は、結晶構造のカイラリティ(右手系と左手系)の度合いを定量的に表す「カイラリティ強度」なる概念を導入することで、カイラリティが関与する現象を定量的に理解できることを実際に示した点である。これにより、カイラリティ強度を「強磁性体における磁化」のような秩序パラメータとして位置づける研究が活発化すると期待され、カイラリティ関連物性の巨大化や新規機能の予測といった展開が見込まれる点で学術的意義を持つ。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (8件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 5件、 査読あり 13件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 8件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] EPFL/PSI(スイス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] NICPB(エストニア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] HZDR(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] EPFL/PSI(スイス)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] NICPB(エストニア)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] HZDR(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] EPFL/PSI(スイス)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] NICPB(エストニア)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Magnetoelectric behavior from cluster multipoles in square cupolas: Study of Sr(TiO)Cu4(PO4)4 in comparison with Ba and Pb isostructurals2019

    • 著者名/発表者名
      Kato Yasuyuki、Kimura Kenta、Miyake Atsushi、Tokunaga Masashi、Matsuo Akira、Kindo Koichi、Akaki Mitsuru、Hagiwara Masayuki、Kimura Shojiro、Kimura Tsuyoshi、Motome Yukitoshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 2 ページ: 024415-024415

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.024415

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A-cation control of magnetoelectric quadrupole order A(TiO)Cu4(PO4)4 (A = Ba, Sr, and Pb)2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, M. Toyoda, P. Babkevich, K. Yamauchi, M. Sera, V. Nassif, H. M. Ronnow, and T. Kimura
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 13

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.134418

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetic structural unit with convex geometry: A building block hosting an exchange-striction-driven magnetoelectric coupling2018

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kimura, Yasuyuki Kato, Kunihiko Yamauchi, Atsushi Miyake, Masashi Tokunaga, Akira Matsuo, Koichi Kindo, Mitsuru Akaki, Masayuki Hagiwara, Shojiro Kimura, Masayuki Toyoda, Yukitoshi Motome, and Tsuyoshi Kimura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Mater.

      巻: 2 号: 10 ページ: 104415-104415

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.2.104415

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 正四角台塔をユニットに持つ反強磁性体が示す電気磁気効果2018

    • 著者名/発表者名
      加藤康之、木村健太
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 73 ページ: 715-720

    • NAID

      130007650410

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetodielectric properties of the square cupola antiferromagnet Ba(TiO)Cu 4 (PO 4 ) 42018

    • 著者名/発表者名
      Kimura Kenta、Sera Masakazu、Nakano Takehito、Nozue Yasuo、Kimura Tsuyoshi
    • 雑誌名

      Physica B: Condensed Matter

      巻: 536 ページ: 93-95

    • DOI

      10.1016/j.physb.2017.10.101

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic structure of Ba(TiO)Cu4(PO4)4 probed using spherical neutron polarimetry2017

    • 著者名/発表者名
      P. Babkevich, L. Testa, K. Kimura, T. Kimura, G. S. Tucker, B. Roessli, and H. M. Ronnow
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 21

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.214436

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Anomalous dielectric response of short hydrogen bonds under pressure: the case of (Mn,Fe)2+AlPO4(OH)2H2O2017

    • 著者名/発表者名
      B. Roska, S.-H. Park, Y. Yoshimori, K. Kimura and T. Kimura
    • 雑誌名

      J. Phys.: Condens. Matter

      巻: 29 号: 36 ページ: 365401-365401

    • DOI

      10.1088/1361-648x/aa7adf

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Frustrated magnetism in the Heisenberg pyrochlore antiferromagnets AYb2X4 (A = Cd, Mg, X = S, Se)2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Higo, Kensuke Iritani, Mario Halim, Wataru Higemoto, Takashi U. Ito, Kentaro Kuga, Kenta Kimura, Satoru Nakatsuji
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 17

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.174443

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 磁気四極子秩序の形成に起因する電気磁気結合2017

    • 著者名/発表者名
      木村健太, 木村剛
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 52 ページ: 269-277

    • NAID

      40021217558

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetoelectric Behavior from the S=1/2 Asymmetric Square Cupolas2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kato, K. Kimura, A. Miyake, M. Tokunaga, A. Matsuo, K. Kindo, M. Akaki, M. Hagiwara, M. Sera, T. Kimura, and Y. Motome
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett

      巻: 118 号: 10 ページ: 1076011-5

    • DOI

      10.1103/physrevlett.118.107601

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 磁気四極子秩序の形成に起因する電気磁気結合2017

    • 著者名/発表者名
      木村 健太, 木村 剛
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 52

    • NAID

      40021217558

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Magnetodielectric detection of magnetic quadrupole order in Ba(TiO)Cu4(PO4)4 with Cu4O12 square cupolas2016

    • 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

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 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] 新物質<i>A</i>(TiO)Cu<sub>4</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>4</sub>(<i>A</i>=Ba, Sr)における結晶カイラリティの強度とドメイン構造の相関2016

    • 著者名/発表者名
      木村 健太
    • 雑誌名

      日本結晶学会誌

      巻: 58 号: 4 ページ: 174-179

    • DOI

      10.5940/jcrsj.58.174

    • NAID

      130005261576

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Anisotropic DC and optical magnetoelectric responses from magnetic quadrupolar order2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, T. Katsuyoshi, P. Babkevich, M. Toyoda, K. Yamauchi, H. M. Ronnow, Y. Sawada, S. Kimura, T. Kimura
    • 学会等名
      The 8th Indo-Japan Seminar
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DC and optical magnetoelectric responses from convex-shaped spin clusters2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura
    • 学会等名
      The 2nd Asia Pacific Workshop on Quantum Magnetism
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 正四角台塔型反強磁性体A(TiO)Cu4(PO4)4 (A = Ba, Sr, Pbの磁気相図と電気磁気結合2019

    • 著者名/発表者名
      木村健太, 勝吉司, 三宅厚志, 徳永将史, 松尾晶, 金道浩一, 赤木暢, 萩原政幸, 木村尚次郎, 木村剛
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Anisotropic magnetoelectric response from convex-shaped spin clusters2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, T. Katsuyoshi, P. Babkevich, M. Toyoda, K. Yamauchi, H. M. Ronnow, Y. Sawada, S. Kimura, T. Kimura
    • 学会等名
      First Indian Materials Conclave and 30th Annual General Meeting of MRSI
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 正四角台塔型反強磁性体Sr(TiO)Cu4(PO4)4の磁場誘起相における電気磁気特性2018

    • 著者名/発表者名
      木村健太、木村尚次郎、木村剛
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Magnetoelectric response in square cupola antiferromagnets2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, P. Babkevich, M. Toyoda, K. Yamauchi, T. Nakano, Y. Nozue, H. M. Ronnow, T. Kimura
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Square cupola spin cluster as a source for unique magnetoelectric response2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, P. Babkevich, M. Sera, M. Toyoda, K. Yamauchi, T. Nakano, Y. Nozue, H. M. Ronnow, T. Kimura
    • 学会等名
      The 9th APCTP Workshop on Multiferroics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 正四角台塔スピンクラスターを内包する新物質の低次元磁性2018

    • 著者名/発表者名
      木村健太, 木村 剛
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 正四角台塔反強磁性体におけるフェロイックな磁気四極子秩序の実現と電気磁気結合2017

    • 著者名/発表者名
      木村健太, 豊田雅之, 山内邦彦, P. Babkevich, H. M. Ronnow, 木村 剛
    • 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)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 正四角台塔反強磁性体における磁気四極子秩序の元素置換による制御2017

    • 著者名/発表者名
      山田佑人, 木村健太A, 木村剛
    • 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)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 正四角台塔系における磁気秩序の多極子分解と電気磁気応答2017

    • 著者名/発表者名
      加藤康之, 木村健太, 三宅厚志, 徳永将史, 松尾晶, 金道浩一, 赤木暢, 萩原政幸, 世良正一, 木村剛, 求幸年
    • 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)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Magnetoelectric response from magnetic quadrupole order in square cupola antiferromagnets2017

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, P. Babkevich, M. Sera, M. Toyoda, K. Yamauchi, T. Nakano, Y. Nozue, H. M. Ronnow, T. Kimura
    • 学会等名
      The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 正四角台塔反強磁性体Pb(TiO)Cu4(PO4)4における強磁場電気磁気特性2017

    • 著者名/発表者名
      木村健太, 三宅厚志,徳永将史,松尾 晶, 金道浩一,赤木 暢,萩原政幸, 木村尚次郎, 木村 剛
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会 領域3
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] カイラル反強磁性体Ba(TiO)Cu4(PO4)4における磁気四極子秩序と電気磁気結合2016

    • 著者名/発表者名
      木村健太, P. Babkevich, 世良正一, 豊田雅之, 山内邦彦, 中野岳仁, 野末泰夫, H. M. Ronnow, 木村 剛
    • 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)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] S=1/2正方晶カイラル反強磁性体A(TiO)Cu4(PO4)4 (A = Ba, Sr)の強磁場中物性2016

    • 著者名/発表者名
      世良正一, 木村健太, 赤木暢, 萩原政幸, 三宅厚志, 徳永将史, 松尾晶, 金道浩一, 中野岳仁, 野末泰夫, 木村剛
    • 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)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 反強磁性カイラル正四角台塔系(A(TiO)Cu4(PO4)4(A=Ba, Sr))の磁化曲線と電気磁気効果2016

    • 著者名/発表者名
      加藤康之, 木村健太, 三宅厚志, 徳永将史, 松尾晶, 金道浩一, 赤木暢, 萩原政幸, 世良正一, 木村剛, 求幸年
    • 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)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Magnetodielectric response and magnetic quadrupole order in the new chiral antiferromagnet Ba(TiO)Cu4(PO4)42016

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, P. Babkevich, M. Sera, M. Toyoda, K. Yamauchi, T. Nakano, Y. Nozue, H. M. Ronnow, T. Kimura
    • 学会等名
      Highly Frustrated Magnetism 2016
    • 発表場所
      Taipei (Taiwan)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetoelectric Behavior from Asymmetric Unit and Chiral Twist in Antiferromagnetic Square Cupolas2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kato, K. Kimura, A. Miyake, M. Tokunaga, A. Matsuo, K. Kindo, M. Akaki, M. Hagiwara, M. Sera, T. Kimura, Y. Motome
    • 学会等名
      Highly Frustrated Magnetism 2016
    • 発表場所
      Taipei (Taiwan)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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