結晶反転対称性の破れた化合物の電子状態の研究

• 研究課題/領域番号: 18J15180
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性Ⅱ(実験)
• 研究機関: 琉球大学
• 研究代表者: 垣花 将司 琉球大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 採択後辞退 (2019年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: 結晶反転対称性の破れ / スキルミオン / Eu化合物

研究実績の概要

本研究では磁性原子であるEu原子を含む結晶反転対称性の破れた化合物EuPtSiがf電子系で初めてスキルミオンの磁気構造を持っていることを明らかにした。
本研究ではMoるつぼを使ったブリッジマン法で初めてEuPtSiの単結晶試料の育成に成功し、4.0 Kで反強磁性転移があることを明らかにした。また、ネール温度以下の温度2 Kで行なった磁場を[111]方向に加えた磁化曲線には二段階のメタ磁性転移が存在し、このメタ磁性転移が起こる磁場HA1と HA2は0.5 K以下では観測されず閉じた磁気相を形成していることが明らかになった。このEuPtSiの磁気相をA相と名付け、このA相内の物性について研究を進めて行ったところA相ではスキルミオンの磁気構造に由来する創発磁場のためホール抵抗にトポロジカルホール抵抗と呼ばれる異常が観測された。
磁場を[100]方向に加えた際にはHA1, HA2の間だけではなく新たにもう一つの閉じた磁気相であるB相が観測され、[110]方向と[112]方向に加えた際には観測されないことも明らかになった。
これらのEuPtSiのA相の磁気構造は共同研究者によって中性子散乱実験や共鳴X線散乱の実験がなされていて、スキルミオンの特徴であるtriple-qベクトルが観測されている。そのためEuPtSiのA相はスキルミオンである可能性が非常に高いと言え、これらの実験から得られたqベクトルから得られたスキルミオンの形成する渦の大きさは１8オングストロームであることが見積もられた。このスキルミオンの大きさはこれまでに知られているMnSiのスキルミオンの大きさ180オングストロームに比べて１桁小さい値となっている。EuPtSiのA相はMnSiのA相との共通点も多いが、異方性やスキルミオンの大きさなど全く異なる振る舞いも見られた。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Unique Helical Magnetic Order and Field-Induced Phase in Trillium Lattice Antiferromagnet EuPtSi (2019)
  • 著者名/発表者名: Kaneko Koji、Frontzek Matthias D.、Matsuda Masaaki、Nakao Akiko、Munakata Koji、Ohhara Takashi、Kakihana Masashi、Haga Yoshinori、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 1 ページ: 013702-013702
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.013702
  • NAID: 40021772136
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Superconducting and Fermi Surface Properties of Pyrite-type Compounds CuS2 and CuSe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kakihana Masashi、Matsuda Tatsuma D.、Higashinaka Ryuji、Aoki Yuji、Nakamura Ai、Aoki Dai、Harima Hisatomo、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 1 ページ: 014702-014702
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.014702
  • NAID: 210000135071
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electronic States of Antiferromagnet FeSn and Pauli Paramagnet CoSn (2019)
  • 著者名/発表者名: Kakihana Masashi、Nishimura Kengo、Aoki Dai、Nakamura Ai、Nakashima Miho、Amako Yasushi、Takeuchi Tetsuya、Kida Takanori、Tahara Time、Hagiwara Masayuki、Harima Hisatomo、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 1 ページ: 014705-014705
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.014705
  • NAID: 40021772181
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] De Haas?van Alphen Oscillations for Small Electron Pocket Fermi Surfaces and Huge H-linear Magnetoresistances in Degenerate Semiconductors PbTe and PbS (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawakatsu Shoya、Nakaima Kenri、Kakihana Masashi、Yamakawa Yui、Miyazato Hayato、Kida Takanori、Tahara Time、Hagiwara Masayuki、Takeuchi Tetsuya、Aoki Dai、Nakamura Ai、Tatetsu Yasutomi、Maehira Takahiro、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 1 ページ: 013704-013704
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.013704
  • NAID: 40021772143
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Giant Hall Resistivity and Magnetoresistance in Cubic Chiral Antiferromagnet EuPtSi (2018)
  • 著者名/発表者名: Kakihana Masashi、Aoki Dai、Nakamura Ai、Honda Fuminori、Nakashima Miho、Amako Yasushi、Nakamura Shota、Sakakibara Toshiro、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 2 ページ: 023701-023701
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.023701
  • NAID: 40021463195
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 立方晶キラル反強磁性体 EuPtSi と関連する化合物の磁性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 垣花将司, 太田 譲二，中島 美帆，天児 寧，青木 大，仲村 愛，辺土 正人，仲間 隆男，大貫 惇睦
  • 学会等名: 日本物理学会 2018 年秋季大会
• [学会発表] 立方晶キラル反強磁性体 EuPtSi の巨大なホール効果と磁気抵抗 (2018)
  • 著者名/発表者名: 垣花将司, 伊覇航，安次富洋介，青木大，仲村愛，本多史憲，中島美帆，天児寧，中村翔太， 榊原俊郎，辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • 学会等名: 日本物理学会第 73 回年次大会