超低温測定によるf電子系化合物の量子臨界現象の研究

• 研究課題/領域番号: 16K17743
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 杉井 かおり 東京大学, 物性研究所, 特別研究員 (40749404)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2018年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2017年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 低温物性 / 重い電子系化合物 / 量子臨界点 / 物性実験

研究実績の概要

本研究は、ｆ電子系化合物の磁場中に存在する量子臨界点（ＱＣＰ）近傍に現れる異常な電子構造について明らかにするすることを目的としている。
f電子系化合物のひとつであるCeCoIn5は、c軸方向への磁場印加によって5 T付近に反強磁性秩序に起因するQCPが存在すると考えられてきたが、これまでに磁気秩序状態は発見されていなかった。そこで本研究初年度において我々は、数mKの超低温まで冷却できる核断熱冷凍機を用いてキャパシタンス法による磁気トルク測定行うための装置改良を行った。CeCoIn5の量子振動測定を行ったところ、20 mK程度に量子振動の振動数のとびを観測した。この量子振動の振動数のとびは、なんらかの磁気秩序に由来するものである可能性がある。本研究結果を国際誌において発表し、共同研究者が国際会議や国際ワークショップにおいて発表した。前年度は、さらに、CeCoIn5において反強磁性秩序相が存在するかどうかを明らかにするために超低温までのNMR測定を行った。その結果、反強磁性秩序形成に伴うスピン格子緩和時間の急激な減少は観測されなかった。本年度は、精密に磁場角度を制御する回転機構を取り付けるなど装置改良を行った。今後、超低温度で試料を回転させながら量子振動測定を行うことで、大きな進展が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Anomalous suppression in the de Haas-van Alphen oscillations of CeCoIn5 at ultra-low temperatures (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Shishido, S. Yamada, K. Sugii, M. Shimozawa, Y. Yanase, and M. Yamashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 120 号: 17 ページ: 177201-177201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.177201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov superconductivity in the layered organic superconductor b”-(BEDT-TTF)4[(H3O)Ga(C2O4)3]C6H5NO2 (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Uji, Y. Iida, S. Sugiura, T. Isono, K. Sugii, N. Kikugawa, T. Terashima, S. Yasuzuka, H. Akutsu, Y. Nakazawa, D. Graf, P. Day
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 97 号: 14 ページ: 144505-144505
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.144505
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalous suppression in the de Haas-van Alphen oscillations of CeCoIn5 at ultra-low temperatures (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Shishido, Shogo Yamada, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Youichi Yanase, Minoru Yamashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Split Fermi Surface of the Spin Orbit Coupled Metal Cd2Re2O7 Probed by de Haas-van Alphen Effect (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuhito Matsubayashi, Kaori Sugii, Hishiro T. Hirose, Daigorou Hirai, Shiori Sugiura, Taichi Terachima, Shinya Uji, Zenji Hiroi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87 号: 5 ページ: 053702-053702
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.053702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum-disordered state of magnetic and electric dipoles in an organic Mott system (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimozawa M.、Hashimoto K.、Ueda A.、Suzuki Y.、Sugii K.、Yamada S.、Imai Y.、Kobayashi R.、Itoh K.、Iguchi S.、Naka M.、Ishihara S.、Mori H.、Sasaki T.、Yamashita M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01849-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thermal Hall Effect in a Phonon-Glass Ba3CuSb2O9 (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugii K.、Shimozawa M.、Watanabe D.、Suzuki Y.、Halim M.、Kimata M.、Matsumoto Y.、Nakatsuji S.、Yamashita M.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 118 号: 14 ページ: 145902-145902
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.145902
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diamagnetic Torque Signal and Temperature-Dependent Paramagnetism in Bi2Sr2CaCu2O8+δ (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Tsuchiya, Takashi Mochiku, Shuichi Ooi, Kazuto Hirata, Kaori Sugii, Taichi Terashima, Shinya Uji
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 号: 11 ページ: 114711-114711
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.114711
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 格子振動による熱ホール効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉井かおり、山下穣
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 52 ページ: 783-792
  • NAID: 40021422480
• [雑誌論文] Hybridization Effect in BaFe2(As1－xPx)2 Observed by Hard X-ray Photoemission Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Tsuda, Naoki Kikugawa, Kaori Sugii, Shinya Uji, Shigenori Ueda, Masao Arai, Masamichi Nakajima, Akira Iyo, and Hiroshi Eisaki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 5 ページ: 053702-053702
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.053702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of Nontrivial Magnetic Excitations in a Spin Liquid State of Kagome Volborthite (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Watanabe, K. Sugii, M. Shimozawa, Y. Suzuki, T. Yajima, H. Ishikawa, Z. Hiroi, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and M. Yamashita
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 113 号: 31 ページ: 8653-8657
  • DOI: 10.1073/pnas.1524076113
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconducting subphase in the layered perovskite ruthenate Sr2RuO4 in a parallel magnetic field (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoki Kikugawa, T. Terashima, Shinya Uji, Kaori Sugii, Yoshiteru Maeno, David Graf, Ryan Baumbach, and James Brooks
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 18 ページ: 184513-184513
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.184513
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] カイラル反強磁性体Mn3Geの磁場中熱輸送特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉井かおり,下澤雅明, 赤澤仁寿, 近藤潤, 冨田崇弘, A. A. Nugroho, 中辻知, 山下穣
  • 学会等名: 2018年日本物理学会年次大会
• [学会発表] Kitaevスピン液体における半整数量子熱ホール効果の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 2018年日本物理学会年次大会
• [学会発表] Anomalous Hall Effect in Topological Antiferromagnetic State in Mn3Sn (2018)
  • 著者名/発表者名: Kaori Sugii, Yusuke Imai, Masaaki Shimozawa, Muhammad Ikhlas, Naoki Kiyohara, Takahiro Tomita, Satoru Nakatsuji, Minoru Yamashita
  • 学会等名: APS March Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Anomalous magnetization of the chiral antiferromagnet Mn3Sn (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Shimozawa, Kaori Sugii, Jun Kondo, Yoshitaka Suzuki, Minoru Yamashita, Taketomo Nakamura, Shingo Katsumoto, Yasuhiro Tada, Muhammad Ikhlas, Tomoya Higo, Takahiro Tomita, Satoru Nakatsuji, Marcin Konczykowski, Yuji Matsuda, Kiyotaka Mukasa, Kohei Matsuura, Yuta Mizukami, Takasada Shibauchi
  • 学会等名: APS March Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of half-integer thermal Hall conductance in a Kitaev quantum magnet (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Kasahara, Kaori Sugii, Takafumi Ohnishi, Masaaki Shimozawa, Minoru Yamashita, Nobuyuki Kurita, Hidekazu Tanaka, Joji Nasu, Yukitoshi Motome, Takasada Shibauchi, Yuji Matsuda
  • 学会等名: APS March Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Anomalous Thermal Hall Effect in Mn3Sn (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Sugii, Y. Imai, M. Shimozawa, M. Ikhlas, N. Kiyohara, T. Tomita, S. Nakatsuji, M. Yamashita
  • 学会等名: ISSP Workshop: Novel phenomena in quantum materials driven by multipoles and topology
  • 国際学会
• [学会発表] CeCoIn5における超低温下NMR測定 II (2017)
  • 著者名/発表者名: 田代光輝, 山田章悟, 下澤雅明, 杉井かおり, 山下穣, 谷口貴紀, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • 学会等名: 第72回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学、大阪府豊中市
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質a-RuCl3における熱Hall効果測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大西隆史, 杉井かおり, 下澤雅明, 常盤欣文, 栗田伸之, 田中秀数, 山下穣, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 第72回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学、大阪府豊中市
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] プロトン-π電子相関系における量子スピン液体状態：元素置換効果の考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤潤, 下澤雅明, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 木俣基, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也
  • 学会等名: 第72回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学、大阪府豊中市
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] カイラル反強磁性体Mn3Snの局所磁化測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 向笠清隆, 下澤雅明, 鈴木喜貴, 山下穣, Muhammad Ikhras, 冨田崇弘, 肥後友也, 中辻知, Marcin Konczykowski, 松田祐司, 松浦康平, 水上雄太, 芝内孝禎, 近藤潤, 杉井かおり, 中村壮智, 勝本信吾
  • 学会等名: 第72回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学、大阪府豊中市
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Sr2RuO4の面並行磁場下での磁気トルク (2017)
  • 著者名/発表者名: 菊川直樹, 寺嶋太一, 宇治進也, 杉井かおり, 前野悦輝, David Graf, Ryan Baumbach, James Brooks
  • 学会等名: 第72回日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学、大阪府豊中市
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Anomalous thermal and magnetic properties of the chiral antiferromagnet Mn3Sn (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Shimozawa, K. Sugii, Y. Imai, J. Kondo, Y. Suzuki, M. Yamashita, T. Nakamura, S. Katsumoto, M. Ikhras, T. Higo, T. Tomita, N. Kiyohara, S. Nakatsuji, M. Konczykowski, Y. Matsuda, K. Mukasa, K. Matsuura, Y. Mizukami, T. Shibauchi
  • 学会等名: TPFC2017
  • 発表場所: 東京大学、千葉県柏市
  • 年月日: 2017-02-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum spin liquid induced by entangled electron-proton degrees of freedom (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Shimozawa, K. Hashimoto, A. Ueda, Y. Suzuki, K. Sugii, S. Yamada, Y. Imai, R. Kobayashi, K. Itoh, S. Iguchi, M. Naka, S. Ishihara, H. Mori, T. Sasaki, M. Yamashita
  • 学会等名: CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
  • 発表場所: 東京大学、東京都文京区
  • 年月日: 2017-01-18
• [学会発表] キラル反強磁性体CsCuCl3の熱輸送測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 赤澤仁寿, 土岐勇人, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 高阪勇輔, 秋光純, 井上克也, J. Zaccaro, I. Gautier-Luneau, D. Luneau
  • 学会等名: 2017年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] カイラル反強磁性体Mn3Snにおける表面状態の観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 向笠清隆, 下澤雅明, 鈴木喜貴, 杉井かおり, 近藤潤, 山下穣, 多田靖啓, 中村壮智, 勝本信吾, Muhammad Ikhlas, 冨田崇弘, 肥後友也, 中辻知, Marcin Konczykowski, 松田祐司, 松浦康平, 水上雄太, 芝内孝禎
  • 学会等名: 2017年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] a-RuCl3のKitaevスピン液体状態におけるマヨラナカイラルエッジ電流 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大西隆史, 笠原裕一, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 常盤欣文, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲二, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 2017年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] カゴメ反強磁性体Ca-Kapellasiteの熱輸送測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土岐勇人, 赤澤仁寿, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 小田研, 吉田紘行
  • 学会等名: 2017年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] パイロクロア酸化物超伝導体Cd2Re2O7のde Haas-van Alphen効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松林康仁, 杉井かおり, 平井大悟郎, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, 広井善二
  • 学会等名: 2017年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] π電子 プロトン相関型Cat-TTF系における量子スピン液体状態と量子常誘電状 態の関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤潤, 下澤雅明, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 木俣基, 橋本顕一郎, 井口敏, 佐々木孝彦
  • 学会等名: 2017年日本物理学会秋季大会
• [学会発表] dHvA measurements of CeCoIn5 at ultra-low temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Shishido, Shogo Yamada, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Youichi Yanase, Minoru Yamashita
  • 学会等名: SCES2017
  • 国際学会
• [学会発表] CeCoIn5における超低温下NMR測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田代光揮, 山田章悟, 下澤雅明, 杉井かおり, 山下穣, 谷口貴紀, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • 学会等名: 2016年日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学、石川県金沢市
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Mn3Snの異常熱ホール効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉井かおり, 今井悠介, 下澤雅明, Muhammad Ikhlas, 清原直樹, 冨田崇弘, 中辻知, 山下穣
  • 学会等名: 2016年日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学、石川県金沢市
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] カゴメ格子フラストレート系ボルボサイトの熱輸送異方性測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下穣, 杉井かおり, 下澤雅明, 石川孟, 矢島健, 廣井善二, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 2016年日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学、石川県金沢市
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Thermal transport properties of quantum spin liquid candidate Ba3CuSb2O9 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaori Sugii, M. Shimozawa, D. Watanabe, Y. Suzuki, M. Halim, M. Kimata, Y. Matsumoto, S. Nakatsuji, M. Yamashita
  • 学会等名: HFM2016
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2016-09-07
  • 国際学会
• [備考] 格子振動による熱流が磁場で曲がることを発見
  • URL: http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/issp_wms/DATA/OPTION/release20170322.pdf