スピン熱伝導現象を利用した高熱伝導物質の開拓と機構解明

• 研究課題/領域番号: 16K06716
• 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: 無機材料・物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 川股 隆行 東北大学, 工学研究科, 助教 (00431601)
• 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: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: スピンによる熱伝導 / ２次元スピン系 / 鉄酸塩化物 / 鉄酸化物 / 単結晶育成 / 低次元スピン系 / 機能性セラミックス材料 / スピン熱伝導 / 熱伝導 / 酸塩化物

研究成果の概要

大きな磁気励起子による熱伝導、所謂、スピンによる熱伝導を利用した新しい絶縁性高熱伝導材料が期待されている。そこで、スピンによる熱伝導を持つ新しい物質の開発とその機構を解明すること目的として、鉄酸塩化物Ca2FeO3Clと鉄酸化物LaSrFeO4の研究を行った。
Ca2FeO3Clの単結晶は育成できなかったが、LaSrFeO4の単結晶育成に成功した。その熱伝導率を測定した結果、大きなスピンによる熱伝導を観測し、高熱伝導材料への指針と新しいスピンによる熱伝導機構の知見を得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

大きなスピンによる熱伝導を持つ新しい物質を発見することができた。これにより、今まで考慮されていなかった物質群においても、大きなスピンを持つ可能性が示された。さらに、新しいスピンによる熱伝導機構の知見を得ることができ、大きなスピンによる熱伝導を持つ物質の新しい指針を得ることができた。以上により、本研究は、絶縁性高熱伝導材料への応用に貢献する社会的意義があり、スピンによる熱伝導機構解明に向けての学術的意義がある。

研究成果

• [雑誌論文] New ethylenediamine-intercalated superconductor (C2H8N2) y Ta2PdSe6 with T c = 4.5 K (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S.、Noji T.、Hatakeda T.、Sato K.、Kawamata T.、Kato M.、Koike Y.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 969 ページ: 012076-012076
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012076
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Superconductivity in Lithium- and Diamines-Intercalated TiSe2 and MoSe2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato K.、Noji T.、Hatakeda T.、Kawamata T.、Kato M.、Koike Y.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 969 ページ: 012077-012077
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012077
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New Lithium- and Diamine-Intercalated Superconductors Lix(CnH2n+4N2)yMoSe2 (\(n = 2,6\)) (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Kazuki、Noji Takashi、Hatakeda Takehiro、Kawamata Takayuki、Kato Masatsune、Koike Yoji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 5 ページ: 054704-054704
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.054704
  • NAID: 210000134822
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of spin currents from one-dimensional quantum spin liquid (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Hirobe, T. Kawamata, K. Oyanagi, Y. Koike, and E. Saitoh,
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 123 号: 12 ページ: 123903-123903
  • DOI: 10.1063/1.5021022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity in BaPtSb with an Ordered Honeycomb Network (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, Y. Saito, T. Takeuchi, S. Ayukawa, T. Kawamata, S. Nakamura, Y. Koike, M. Nohara
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 6 ページ: 063702-063702
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.063702
  • NAID: 210000134845
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Conductivity due to Spins in the Frustrated Two-Leg Spin Ladder System BiCu2PO6 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawamata Takayuki、Nagasawa Hideki、Naruse Koki、Ohno Masumi、Matsuoka Yoshiharu、Hagiya Yuta、Fujita Masaki、Sasaki Takahiko、Koike Yoji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 7 ページ: 074702-074702
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.074702
  • NAID: 210000134898
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity above 100 K in the Bi-2212 phase of (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8 (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugawara K、Sugimoto C、Luo T、Kawamata T、Noji T、Kato M、Koike Y
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1054 ページ: 012008-012008
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1054/1/012008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of the Ba-substitution for Sr in the Bi-2201 phase of BiPb(Sr,La)2CuO6+δ (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa D、Watanabe T、Luo T、Kawamata T、Noji T、Kato M、Koike Y
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1054 ページ: 012007-012007
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1054/1/012007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Ferromagnetic Fluctuations in Heavily Overdoped (Bi,Pb)2Sr2CuO6+δ Copper Oxides (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurashima Koshi、Adachi Tadashi、Suzuki Kensuke M.、Fukunaga Yasushi、Kawamata Takayuki、Noji Takashi、Miyasaka Hitoshi、Watanabe Isao、Miyazaki Masanori、Koda Akihiro、Kadono Ryosuke、Koike Yoji
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 121 号: 5 ページ: 057002-057002
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.057002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impurity Effects on the Electronic State in the Undoped (Ce-Free) Superconductor T’-La1.8Eu0.2CuO4 Studied by Muon Spin Relaxation (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, K. Ohashi, T. Takamatsu, T. Adachi, M. Kato, I. Watanabe and Y. Koike
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 9 ページ: 094717-094717
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.094717
  • NAID: 210000134968
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Intercalation Superconductors Ax(C2H8N2)yMoSe2 (A = Ca, Sr, Ba) Synthesized by Solvothermal Method (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Kazuki、Noji Takashi、Ueno Shota、Kawamata Takayuki、Kato Masatsune、Koike Yoji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 11 ページ: 113702-113702
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.113702
  • NAID: 210000134996
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Undoped high-Tc superconductivity in T'-La1.8Eu0.2CuO4+δ revealed by 63,65Cu and 139La NMR: Bulk superconductivity and antiferromagnetic fluctuations (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Fukazawa, S. Ishiyama, M. Goto, S. Kanamaru, K. Ohashi, T. Kawamata, T. Adachi, M. Hirata, T. Sasaki, Y. Koike and Y. Kohori
  • 雑誌名: Physica C 巻: 541 ページ: 30-35
  • DOI: 10.1016/j.physc.2017.08.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Lithium- and Diamines-Intercalated Superconductores Lix(C2H8N2)yTiSe2 and Lix(C6H16N2)yTiSe2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Sato, Takashi Noji, Takehiro Hatakeda, Takayuki Kawamata, Masatsune Kato, and Yoji Koike
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 10 ページ: 104701-104701
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.104701
  • NAID: 210000134549
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] One-dimensional spinon spin currents (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Hirobe, M. Sato, T. Kawamata, Y. Shiomi, K. Uchida, R. Iguchi, Y. Koike, S. Maekawa and E. Saitoh,
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 13 号: 1 ページ: 30-34
  • DOI: 10.1038/nphys3895
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] New Alkali-Metal- and 2-Phenethylamine-Intercalated Superconductors Ax(C8H11N)yFe1-zSe (A = Li, Na) with the Largest Interlayer-Spacings and Tc ~ 40 K (2016)
  • 著者名/発表者名: Takehiro Hatakeda, Takashi Noji, Kazuki Sato, Takayuki Kawamata, Masatsune Kato, and Yoji Koike
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 85 号: 10 ページ: 103702-103702
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.103702
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconductivity and Intercalation State in the Lithium-Hexamethylenediamine-Intercalated Superconductor Lix(C6H16N2)yFe2－zSe2: Dependence on the Intercalation Temperature and Lithium Content (2016)
  • 著者名/発表者名: Shohei Hosono, Takashi Noji, Takehiro Hatakeda, Takayuki Kawamata, Masatsune Kato, and Yoji Koike
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 85 号: 10 ページ: 104701-104701
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.104701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Paring symmetry studied from impurity effects in the undoped superconductor T'-La1.8Eu0.2CuO4 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ohashi, T. Kawamata, T. Takamatsu, T. Adachi, M. Kato, Y. Koike
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 9 ページ: 093703-093703
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.093703
  • 査読あり
• [学会発表] μSRからみたノンドープ超伝導体T'-La1.8Eu0.2CuO4の電子状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川股隆行，大橋幸記，齋藤真，高松智寿，足立匡，渡邊功雄、加藤雅恒，小池洋二
  • 学会等名: 量子ビーム若手研究会「超伝導体とその周辺物質に対する量子ビーム研究の新展開」
  • 招待講演
• [学会発表] Electronic State in the Undoped (Ce-Free) Superconductor T'-La1.8Eu0.2CuO4 Studied from Impurity Effects on Muon Spin Relaxation (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, K. Ohashi, T. Takamatsu, T. Adachi, I. Watanabe, M. Kato, Y. Koike
  • 学会等名: 12th International Conference on Material and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors
  • 国際学会
• [学会発表] ノンドープ超伝導体La1.8Eu0.2CuO4における不純物置換効果とμSRからみた電子状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川股隆行，大橋幸記，足立匡，渡邊功雄、加藤雅恒，小池洋二
  • 学会等名: 科研費合同研究会
• [学会発表] Cu3O4面を有する２次元量子スピン系Ba2Cu3O4Cl2におけるスピンによる熱伝導 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大野真澄，川股隆行，阿子島めぐみ，小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大（吹田）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Electronic state in the undoped high-Tc cuprate T‘-La1.8Eu0.2CuO4 studied by μSR (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, K. Ohashi, T. Takamatsu, T. Adachi, I. Watanabe, M. Kato, Y. Koike
  • 学会等名: The research forefront of high-Tc cuprates
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] μSRと輸送特性からみたノンドープ銅酸化物超伝導体T'-La1.8Eu0.2CuO4の電子状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川股隆行，大橋幸記，足立匡，渡邊功雄、加藤雅恒，小池洋二
  • 学会等名: 高温超伝導フォーラム
• [学会発表] Impurity Effects on the Electronic State and Superconductivity in the Undoped Superconductor T'-La1.8Eu0.2Cu1-yMyO4 (M = Ni, Zn) (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, K. Ohashi, T. Takamatsu, T. Adachi, I. Watanabe, M. Kato, Y. Koike
  • 学会等名: The 14th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic State in the Undoped Superconductor T'-La1.8Eu0.2CuO4 Studied from Impurity Effects (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, K. Ohashi, T. Takamatsu, T. Adachi, I. Watanabe, M. Kato, Y. Koike
  • 学会等名: 28th International Conference on Low temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal Conductivity and Magnetic Phase Diagram in the Quasi-One-Dimensional Frustrated Spin System Na3Fe5Si8O22(OH)2 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, T. Endo, M Ohno, T Sasaki, Y Koike
  • 学会等名: 28th International Conference on Low temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Superconductivity in lithium- and diamines-intercalated TiSe2 and MoSe2 (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, T. Noji, T. Hatakeda, T. Kawamata, M. Kato, Y. Koike
  • 学会等名: 28th International Conference on Low temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] New ethylenediamine-intercalated superconductor (C2H8N2)yTa2PdSe6 with Tc = 4.5 K (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Nakamura, T. Noji, T. Hatakeda, K. Sato, T. Kawamata, M. Kato, Y. Koike
  • 学会等名: 28th International Conference on Low temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Superconductivity in alkali-metal- and organic-molecule-intercalated FeSe: comparison with single-layer FeSe films (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Koike, T. Hatakeda, S. Hosono, T. Noji, K. Sato, T. Kawamata, M. Kato
  • 学会等名: 28th International Conference on Low temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Cu-spin correlation and novel electronic state in the electron-doped high-Tc cuprates (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Adachi, T. Sumura, M. A. Baqiya, A. Takahashi, T. Konno, T. Ohgi, K. Kurashima, T. Kawamata, T. Ishimoto, H. Kuwahara, I. Watanabe, A. Koda, M. Miyazaki, R. Kadono, S. Awaji, Y. Koike
  • 学会等名: 28th International Conference on Low temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal conductivity due to spins in the two-dimensional quantum spin system Ba2Cu3O4Cl2 with the Cu3O4 plane (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, M. Ohno, M. Akoshima, Y. Koike
  • 学会等名: 28th International Conference on Low temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] フラストレートした擬一次元スピン系Na3Fe5Si8O22(OH)2の磁場中熱伝導と磁気相図 (2017)
  • 著者名/発表者名: 遠藤哲哉, 川股隆行, 大野真澄, 佐々木孝彦, 小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] S=5/2低次元スピン系CaFeO2Clにおける熱伝導と磁気特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小松栄輝, 川股隆行, 遠藤哲哉, 佐々木孝彦, 小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 擬一次元フラストレート磁性体Na3Fe5Si8O22(OH)2のスピンによる熱伝導と磁気相図 (2016)
  • 著者名/発表者名: 遠藤哲哉，川股隆行，大野真澄，佐々木孝彦，小池洋二
  • 学会等名: 第71回応用物理学会東北支部学術講演会
  • 発表場所: 東北大（仙台）
  • 年月日: 2016-12-02
• [学会発表] Thermal Conductivity in Low-Dimensional Ising-Like and Frustrated Spin Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, K. Naruse, M. Ohno, M. Matsuoka, and Y. Koike
  • 学会等名: 3rd International Conference on Functional Materials Science 2016
  • 発表場所: Bali, (Indonesia)
  • 年月日: 2016-10-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] S=1/2三角格子反強磁性体Ba3CoSb2O9とCsCuCl3の異なる磁気挙動とその起源 (2016)
  • 著者名/発表者名: 世良文香, 高阪勇輔, 秋光純, 世良正文, 井上克也, 川股隆行, 小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（金沢）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] 1次元量子スピン液体におけるスピン流輸送 (2016)
  • 著者名/発表者名: 廣部大地, 佐藤正寛, 川股隆行, 塩見雄毅, 内田健一, 井口亮, 小池洋二, 前川禎通, 齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（金沢）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] 1次元量子スピン液体におけるスピン流輸送についての理論研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤正寛, 廣部大地, 川股隆行, 塩見雄毅, 内田健一, 井口亮, 小池洋二, 前川禎通, 齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（金沢）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] 擬一次元スピンフラストレーション系Na3Fe5Si8O22(OH)2の熱伝導と磁気相図 (2016)
  • 著者名/発表者名: 遠藤哲哉, 川股隆行, 大野真澄, 佐々木孝彦, 小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（金沢）
  • 年月日: 2016-09-13