SQUID-STM複合型顕微鏡の開発および新奇超伝導・磁性研究への応用

• 研究課題/領域番号: 18H01167
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 大阪大学 (2019-2021); 東京大学 (2018)
• 研究代表者: 下澤 雅明 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (40736162)
• 研究分担者: 芝内 孝禎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00251356)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2018年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
• キーワード: 走査型SQUID顕微鏡 / 走査型トンネル顕微鏡 / 磁気トロイダルドメイン / 周波数依存性 / SQUID磁気顕微鏡 / SQUID / 磁気顕微鏡 / トロイダルドメイン / STM / 超伝導 / 磁性体

研究成果の概要

本研究では、開発した磁気顕微鏡を用いて電流誘起磁化を観測することで、強トロイダル金属UNi4Bにトロイダルドメインが存在することを明らかにした。具体的には、電流誘起ホール効果の測定から期待されている周波数依存性が電流誘起磁化にも現れることを利用して、アンペールの法則で生じる磁場と明確に分離することに成功した。その上で、測定位置を変えると、周波数依存性の振る舞いや信号の符号が変化することも分かった。これは、トロイダルドメインの存在を示唆する結果である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

「電場（電流）で生じる磁化」や、「磁場で生じる電気分極」といった電気磁気効果は、新規デバイスへ応用できる可能性を秘めており、盛んに研究が行われてきている。このような現象を示す物質はここ２０年間で数多く発見されてきたが、電気を流せる金属の研究は非常に限定的だった。本研究では、強トロイダル金属UNi4Bで電気磁気効果が現れること、さらにトロイダルドメインが存在することなど、最も基本的で重要な現象を明らかにすることに成功した。本研究は、今後の金属に関する電気磁気効果の発展の礎になると考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic Torque due to Anisotropic Diamagnetism in Neutral BEDT-TTF Crystals (2021)
  • 著者名/発表者名: Uji Shinya、Terashima Taichi、Sugiura Shiori、Iguchi Satoshi、Sasaki Takahiko、Hashimoto Kenichiro、Shimozawa Masaaki、Yoneyama Naoki、Kato Reizo
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 90 号: 11 ページ: 113708-113708
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.113708
  • NAID: 210000159428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Hall Effects of Spins and Phonons in Kagome Antiferromagnet Cd-Kapellasite (2020)
  • 著者名/発表者名: Akazawa Masatoshi、Shimozawa Masaaki、Kittaka Shunichiro、Sakakibara Toshiro、Okuma Ryutaro、Hiroi Zenji、Lee Hyun-Yong、Kawashima Naoki、Han Jung Hoon、Yamashita Minoru
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 10 号: 4 ページ: 041059-041059
  • DOI: 10.1103/physrevx.10.041059
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ultralow temperature NMR of CeCoIn5 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamashita M.、Tashiro M.、Saiki K.、Yamada S.、Akazawa M.、Shimozawa M.、Taniguchi T.、Takeda H.、Takigawa M.、Shishido H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 16 ページ: 165154-165154
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.165154
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal-transport studies of kagome antiferromagnets (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Yamashita, M. Akazawa, M. Shimozawa, T. Shibauchi, Y. Matsuda, H. Ishikawa, T. Yajima, Z. Hiroi, M. Oda, H. Yoshida, H.-Y. Lee, J. H. Han and N. Kawashima
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 32 号: 7 ページ: 074001-074001
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ab50e9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spin Thermal Hall Conductivity of a Kagome Antiferromagnet (2018)
  • 著者名/発表者名: Doki Hayato、Akazawa Masatoshi、Lee Hyun-Yong、Han Jung Hoon、Sugii Kaori、Shimozawa Masaaki、Kawashima Naoki、Oda Migaku、Yoshida Hiroyuki、Yamashita Minoru
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 121 号: 9 ページ: 097203-097203
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.097203
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unusual thermal Hall effect in a Kitaev spin liquid candidate α-RuCl3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Kasahara, K. Sugii, T. Ohnishi, M. Shimozawa, M. Yamashita, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 120 号: 21 ページ: 217205-217205
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.217205
  • 査読あり
• [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
• [学会発表] 半金属ビスマスにおける電気抵抗率の歪み応答 (2022)
  • 著者名/発表者名: 橘風夢, 細井優, 下澤雅明, 木下雄斗, 徳永将史, 伏屋雄紀, 井澤公一
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] 半金属ビスマスにおける弾性抵抗率の磁場応答 (2022)
  • 著者名/発表者名: 細井優, 橘風夢, 下澤雅明, 木下雄斗, 徳永将史, 伏屋雄紀, 井澤公一
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] 多重相超伝導物質CeRh2As2におけるゼーベック係数の特異な磁場依存性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松本碧, 今西優人, 小林祐也, 細井優, 下澤雅明, 仲村愛, 青木大, 井澤公一
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] 強トロイダル金属UNi4Bにおける電流誘起Hall効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 多田勝哉, 室谷拓海, 宮本大輝, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多忠憲, 青木大
  • 学会等名: 電流駆動現象が拓く新しい物質科学
• [学会発表] 強トロイダル金属UNi4Bの異常電気輸送特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 下澤雅明, 多田勝哉, 室谷拓海, 宮本大輝, 細井優, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多忠憲, 青木大
  • 学会等名: 電流駆動現象が拓く新しい物質科学
• [学会発表] 非クラマース系 PrRh2Cd20 における電気輸送特性と温度磁場相図の異方性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野村尚矢, 小林寅弘, 足立涼, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 広瀬雄介, 土塔寛, 河野琢馬, 摂待力生
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] 強トロイダル金属UNi4B における非相反伝導 (2021)
  • 著者名/発表者名: 多田勝哉, 室谷拓海, 宮本大輝, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] 走査型磁気顕微鏡を用いたUNi4Bのトロイダルドメイン構造の観察 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮本大輝, 室谷拓海, 多田勝哉, 下澤雅明, 細井優, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉,本多史憲, 青木大, 小山大介, 河端美樹, 河合淳
  • 学会等名: 日本物理学会 第76回年次大会
• [学会発表] 強トロイダル秩序候補金属UNi4Bにおける電流誘起Hall効果に対する磁場応答 (2021)
  • 著者名/発表者名: 多田勝哉, 室谷拓海, 宮本大輝, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • 学会等名: 日本物理学会 第76回年次大会
• [学会発表] 強トロイダル秩序候補金属UNi4Bにおける電流誘起Hall効果の周波数特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 室谷拓海, 多田勝哉, 宮本大輝, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • 学会等名: 日本物理学会 第76回年次大会
• [学会発表] 電気輸送係数からみる非クラマース系PrTr2Cd20(Tr=Pt,Rh)の温度磁場相図 (2020)
  • 著者名/発表者名: 足立涼, 佐賀範彰, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 町田洋, 広瀬雄介, 土塔寛, 河野琢馬, 摂待力生
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] 輸送測定による重い電子系超伝導体UTe2の電子状態の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中川翔太, 今西優人, 細井優, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] 熱伝導率の磁場角度依存性から探る新奇ウラン系超伝導体UTe2の超伝導ギャップ構造の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 今西優人, 中川翔太, 細井優, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] 熱伝導率の磁場方向依存性からみたUTe2の超伝導状態 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中川翔太, 細井優, 今西優人, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • 学会等名: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [学会発表] PrTr2Cd20(Tr=Pt, Rh)の電気輸送特性と温度磁場相図 (2020)
  • 著者名/発表者名: 足立涼, 佐賀範彰, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 町田洋, 広瀬雄介, 土塔寛, 河野琢馬, 摂待力生
  • 学会等名: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [学会発表] BiCh2系超伝導体LaO0.5F0.5BiSSeにおける弾性抵抗測定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小江悠達, 細井優, 野村尚也, 下澤雅明, 井澤公一, 星和久, 後藤陽介, 水口佳一
  • 学会等名: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [学会発表] キラル反強磁性体CsCuCl3のc軸熱輸送測定II (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤澤仁寿, 下澤雅明, 山下穣, 高阪勇輔, 秋光純, 土屋直人, 井上克也, J. Zaccaro, I. Gautier-Luneau, D. Luneau
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] バルク層状磁性体に生じる非従来型異方的超伝導 (2019)
  • 著者名/発表者名: 櫻木俊輔, 佐々木秀, 明石遼介, 坂上良介, 黒田健太, C. Bareille, 橋本嵩広, 長島椿, 木下雄斗, 平田靖透, 下澤雅明, 浅井晋一郎, 土居抄太郎, 辻本直人, 國定聡, 野口亮, 黒川輝風, 東伸彦, 平田昂輝, T. K. Kim, C. Cacho, 益田隆嗣, 徳永将史, 和達大樹, 岡﨑浩三, 辛埴, 神原陽一, 山下穣, 近藤猛
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] CeCoIn5における超低温下NMR測定 IV (2019)
  • 著者名/発表者名: 斉木克祥, 山下穣, 下澤雅明, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] Uniaxial strain effect on the BiCh2-based superconductor LaO0.5F0.5BiSSe (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Oe, S. Hosoi, N. Nomura, M. Shimozawa, K. Izawa, K. Hoshi, Y. Goto, Y. Mizuguchi
  • 学会等名: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • 国際学会
• [学会発表] Study of angle dependence of thermal conductivity in the heavy fermion superconductor UTe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Nakagawa, S. Hosoi, Y. Imanishi, K. Ota, M. Shimozawa, K. Izawa, A. Nakamura, Y. Homma, F. Honda, D. Aoki
  • 学会等名: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic-field-temperature phase diagram of PrPt2Cd20 by magnetoresistance and Hall resistivity (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Adachi, N. Saga, S. Hosoi, M. Shimozawa, K. Izawa, Y. Machida, Y. Hirose, H. Doto, R. Settai
  • 学会等名: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • 国際学会
• [学会発表] 熱伝導率測定から見たUTe2の超伝導状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 細井優, 中川翔太, 今西優人, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • 学会等名: 第19回琉球物性研究会
• [学会発表] A non-linear Hall effect in a chiral nonmagnetic compound at zero field (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuura, M. Akazawa, M. Shimozawa, S. Fujii, M. Qiu, T. Ueno, T. Takahashi, Y. Mizukami, K. Hashimoto, T. Shibauchi, J. Gouchi, M. Yamashita, Y. Uwatoko, K. Kobayashi
  • 学会等名: TopoMat2019
  • 国際学会
• [学会発表] キラル反強磁性体CsCuCl3のc軸熱輸送特性 (2019)
  • 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: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] ダイマーモット絶縁体κ-(BEDT-TTF)2Hg(SCN)2X, (X = Br, Cl)における磁化率・磁気トルク測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山下穣, 杉井かおり, 下澤雅明, 上田顕, 森初果, Natalia Drichko, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, Elena I. Zhilyaeva, Svetlana A. Torunova, Rimma N. Lyubovskaya
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] 水素結合型モット絶縁体Cat-EDT系における量子常誘電・常磁性状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井桜子, 下澤雅明, 近藤潤, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, 橋本顕一郎, 井口敏, 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] α-RuCl3における熱ホール効果の磁場角度依存性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 水上雄太, 田中桜平, 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: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] Thermal transport properties of S = 1/2 Cd-kapellasite (2019)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Akazawa, Hayato Doki, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Minoru Yamashita, Hyun-Yong Lee, Naoki Kawashima, Ryutaro Okuma, Zenji Hiroi, Jung Hoon Han
  • 学会等名: APS March Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] カゴメ反強磁性体Cd-Kapellasiteの熱輸送特性 (2018)
  • 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, Hyun-Yong Lee, 川島直輝, 大熊隆太郎, 広井善二, Jung Hoon Han
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] CeCoIn5における超低温下NMR測定 III (2018)
  • 著者名/発表者名: 山下穣, 田代光輝, 下澤雅明, 杉井かおり, 谷口貴紀, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] α-RuCl3におけるマヨラナ量子化条件の検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 水上雄太, 田中桜平, 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: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] Quantum Disordered State of Magnetic and Electric Dipoles in Hydrogen-Bonded Organic Mott Insulator κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 (2018)
  • 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, and M. Yamashita
  • 学会等名: ICSM2018
  • 国際学会