新奇カイラル磁性体探索とフェルミオロジーから解き明かすカイラル磁性

• 研究課題/領域番号: 19J20539
• 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
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 芳樹 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2021年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2019年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 結晶育成 / 物質開発 / 量子振動効果 / キラリティ / 磁性体 / 量子振動現象 / 磁性 / 超伝導 / 超伝導体

研究開始時の研究の概要

本研究では，結晶構造とその鏡像を重ね合わせることができない性質(カイラリティ)をもつ物質群に着目し，新奇な物性を示すカイラル磁性体の探索と，量子振動実験によるフェルミオロジーによって新奇なカイラル磁性を解き明かすことを目的としている．希土類・アクチノイド元素が磁性を担う新奇カイラル磁性体の物質開発を推し進めるとともに，多様な単結晶育成手法によって得られた純良なカイラル磁性体の単結晶試料を用いて，伝導電子やフェルミ面のトポロジーといった観点からなるフェルミオロジーによってカイラル磁性体の物理的性質を明らかにする．

研究実績の概要

本研究では、結晶構造とその鏡像を重ね合わせることができない性質(カイラリティ)をもつ物質群に着目し、新奇な物性を示すカイラル磁性体の探索と，量子振動実験によるフェルミオロジーによって結晶構造のカイラリティに起因した電子状態を解き明かすことを目的とした。カイラル磁性体に関しては、希土類化合物などのf電子系化合物に着目して新物質開発や単結晶育成に取り組んだ。特に、RPt2B（R: 希土類元素）の系に着目し、CePt2BやPrPt2Bの単結晶育成や新物質開発に成功した。NdPt2Bに関しては、単結晶育成に成功し、結晶構造のカイラリティの絶対構造を含む結晶構造解析を行った。NdPt2Bの単結晶試料は、特徴的な磁気異方性を示し、10 K以下の温度領域では多段の磁化プラトーが観測された。NdPt2Bの単結晶育成・構造解析の詳細や詳細な物性に関する内容は、Physical Review Materials誌から出版された。量子振動実験に関しては、カイラルな結晶構造をもつNbGe2の純良単結晶育成に成功し、結晶構造の対称性を反映した異常な磁気破壊効果や、強い電子格子相互作用に起因する電子の有効質量の増大等が観測された。特に、結晶構造の対称性を反映した異常な磁気破壊効果に関しては、キラルな金属間化合物や空間反転対称性の破れた金属において広く観測されうる可能性が、本研究において示された。結晶構造の対称性を反映した伝導電子のスピンテクスチャの研究など、今後の研究の発展が期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ISIS Facility(英国)
• [国際共同研究] CEA(フランス)
• [国際共同研究] Simon Fraser University(カナダ)
• [国際共同研究] ISIS(英国)
• [国際共同研究] CEA(フランス)
• [雑誌論文] Abrupt Change in Electronic States under Pressure in New Compound EuPt3Al5 (2022)
  • 著者名/発表者名: Koizumi Takatsugu、Honda Fuminori、Sato Yoshiki J.、Li Dexin、Aoki Dai、Haga Yoshinori、Gouchi Jun、Nagasaki Shoko、Uwatoko Yoshiya、Kaneko Yoshio、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 号: 4 ページ: 1-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.043704
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pressure-induced multicriticality and electronic instability in the quasi-kagome ferromagnet URhSn (2021)
  • 著者名/発表者名: Maurya Arvind、Bhoi Dilip、Honda Fuminori、Shimizu Yusei、Nakamura Ai、Sato Yoshiki J.、Li Dexin、Homma Yoshiya、Sathiskumar M.、Gouchi Jun、Uwatoko Yoshiya、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 104 号: 19 ページ: 195119-195119
  • DOI: 10.1103/physrevb.104.195119
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single-crystal growth and magnetic phase diagram of the enantiopure crystal of NdPt2B (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshiki J.、Honda Fuminori、Maurya Arvind、Shimizu Yusei、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Li Dexin、Haga Yoshinori、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 5 号: 3 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.5.034411
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Two-gap time reversal symmetry breaking superconductivity in noncentrosymmetric LaNiC2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Sundar Shyam、Dunsiger S. R.、Gheidi S.、Akella K. S.、Cote A. M.、Ozdemir H. U.、Lee-Hone N. R.、Broun D. M.、Mun E.、Honda F.、Sato Y. J.、Koizumi T.、Settai R.、Hirose Y.、Bonalde I.、Sonier J. E.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 号: 1 ページ: 014511-014511
  • DOI: 10.1103/physrevb.103.014511
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pairing symmetry of an intermediate valence superconductor CeIr3 investigated using μSR measurements (2021)
  • 著者名/発表者名: Adroja D. T.、Bhattacharyya A.、Sato Y. J.、Lees M. R.、Biswas P. K.、Panda K.、Anand V. K.、Stenning Gavin B. G.、Hillier A. D.、Aoki D.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 号: 10 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevb.103.104514
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anisotropy of upper critical field and surface superconducting state in the intermediate-valence superconductor CeIr3 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshiki J.、Honda Fuminori、Shimizu Yusei、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Maurya Arvind、Li Dexin、Koizumi Takatsugu、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 17 ページ: 1745031-10
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.174503
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Orbital crossing in spin-split Fermi surfaces and anisotropic effective mass of the noncentrosymmetric heavy-fermion paramagnet UPt5 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshiki J.、Harima Hisatomo、Nakamura Ai、Maurya Arvind、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li Dexin、Honda Fuminori、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 12 ページ: 1251141-11
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.125114
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple Superconducting Phases and Unusual Enhancement of the Upper Critical Field in UTe2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Aoki Dai、Honda Fuminori、Knebel Georg、Braithwaite Daniel、Nakamura Ai、Li DeXin、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J.、Brison Jean-Pascal、Flouquet Jacques
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 5 ページ: 0537051-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.053705
  • NAID: 210000158132
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anisotropy of the Upper Critical Field in the Heavy-Fermion Superconductor UTe2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Georg Knebel, Motoi Kimata, Michal Valiska, Fuminori Honda, DeXin Li, Daniel Braithwaite, Gerard Lapertot, William Knafo, Alexandre Pourret, Yoshiki J. Sato, Yusei Shimizu, Takumi Kihara, Jean-Pascal Brison, Jacques Flouquet, and Dai Aoki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 5 ページ: 0537071-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.053707
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Strong magnetic anisotropy and unusual magnetic field reinforced phase in URhSn with a quasi-kagome structure (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Yusei、Miyake Atsushi、Maurya Arvind、Honda Fuminori、Nakamura Ai、Sato Yoshiki J.、Li Dexin、Homma Yoshiya、Yokoyama Makoto、Tokunaga Yo、Tokunaga Masashi、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 13 ページ: 1344111-11
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.134411
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] de Haas?van Alphen Effect and Fermi Surface Properties in Single-Crystalline ThCu2Si2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Ai、Honda Fuminori、Homma Yoshiya、Li Dexin、Shimizu Yusei、Maurya Arvind、Sato Yoshiki J.、Harima Hisatomo、?nuki Yoshichika、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 9 ページ: 0947031-6
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.094703
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic and transport properties of new ternary uranium-based germanide U2Rh3Ge5 (2020)
  • 著者名/発表者名: Li D X、Shimizu Y、Nakamura A、Maurya A、Sato Y J、Homma Y、Honda F、Aoki D
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 32 号: 49 ページ: 4958041-7
  • DOI: 10.1088/1361-648x/abb31a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and de Haas-van Alphen Effect of Non-Centrosymmetric Heavy-Fermion Compound UPt5 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshiki J.、Harima Hisatomo、Nakamura Ai、Maurya Arvind、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li Dexin、Honda Fuminori、Aoki Dai
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 30 ページ: 0111711-6
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011171
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and Anisotropy of the Upper Critical Field of CeIr3 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshiki J.、Shimizu Yusei、Honda Fuminori、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Maurya Arvind、Li Dexin、Aoki Dai
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 29 ページ: 0110071-5
  • DOI: 10.7566/jpscp.29.011007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Unconventional Superconductivity in Heavy Fermion UTe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Aoki Dai、Nakamura Ai、Honda Fuminori、Li DeXin、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J.、Knebel Georg、Brison Jean-Pascal、Pourret Alexandre、Braithwaite Daniel、Lapertot Gerard、Niu Qun、Valiska Michal、Harima Hisatomo、Flouquet Jacques
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 4 ページ: 043702-043702
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.043702
  • NAID: 210000155572
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Metamagnetic Transition in Heavy Fermion Superconductor UTe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyake Atsushi、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J.、Li Dexin、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Honda Fuminori、Flouquet Jacques、Tokunaga Masashi、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 6 ページ: 063706-063706
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.063706
  • NAID: 130008152363
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ir 5d-band derived superconductivity in LaIr3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Bhattacharyya A、Adroja D T、Biswas P K、Sato Y J、Lees M R、Aoki D、Hillier A D
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 32 号: 6 ページ: 065602-065602
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ab4389
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] キラルな結晶構造を有する反強磁性体CePt2Bの電子状態と磁気相図 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤芳樹、清水悠晴、仲村愛、本間佳哉、李徳新、榊原俊郎、青木大
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会
• [学会発表] 一軸圧縮および一軸引張下での遍歴電子系化合物UCoAlのメタ磁性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 芳樹、清水 悠晴、仲村 愛、本間 佳哉、李 徳新、青木 大
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] Single crystal growth and superconducting properties of CeIr3 single crystal (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki J. Sato
  • 学会等名: J-Physics 2019: International Conference on Multipole Physics and Related Phenomena
  • 国際学会
• [学会発表] Single crystal growth and de Haas-van Alphen effect of non-centrosymmetric heavy-fermion compound UPt5 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki J. Sato
  • 学会等名: the International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2019)
  • 国際学会
• [学会発表] カイラル構造をもつ希土類化合物NdPt2Bの磁気的特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤芳樹
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会