| 研究課題/領域番号 |
22K03528
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
野上 由夫 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (10202251)
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| 研究分担者 |
近藤 隆祐 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (60302824)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | トポロジカル物質 / トポロジカル半金属 / 構造物性 / 固体物理 / トボロジカル絶縁体 / 量子物性 / 結晶構造対称性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究ではランタノイドテルルアンチモン化合物(RTeSb)のキャリア数を精密に制御した単結晶を作成し、低温での単結晶X線回折により結晶の対称性を調べ、フェルミ準位がディラック点にある真のトポロジカル半金属物質を作成する。更に磁気対称性を中性子で調べ、磁気抵抗などの低温量子物性を詳細に測定していく。このようにすれば、結晶対称性が間違ったりフェルミ準位がずれて、トポロジカル半金属とは言えない試料での測定も混入しがちであった既報とは一線を隔し、トポロジカル半金属（ディラック半金属やワイル半金属）に特有な、本質的なデータだけを得られる。これによりトポロジカル半金属の研究を格段に進展できる。
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| 研究実績の概要 |
2023年度は次の二点において大きな進展が見られた。
１ 装置の改造。４K冷凍機にヘリウム液化部を付け加えたクライオスタットが完成し、液体ヘリウムの消費なしに1.3Kまで冷却が可能になった。これを既存の無冷媒10テスラの超伝導磁石と組み合わせることにより、液体ヘリウムフリーで、トポロジカル物質の極低温量子物性が連続して測定可能になった。これにより量子物性測定が進展する。
２ 多くの単結晶制作と構造解析。ギャリアドーピングやスピン軌道相互作用のチューニングを意識して、TeドーブしたLnTeSb、TeドーブしたLnTeBi、ZrTeSi、ZrTeSn、CeSeSbなど数多くの単結晶を作成し、単結晶構造解析を行った。ランタノイドLnはLa,Ce,Pr,Ce,Nd,Y,Tbの多岐にわたり、全部で70種類以上の単結晶を作成し構造解析に成功している。構造解析の信頼度を与えるR値は概ね１－２％台で、単結晶性は極めて良い。また合わせてX線散漫散乱測定をおこなったところ、Teの比が多いLnTeSbではSb二次元伝導面のパイエルス不安定性に起因するCDW変調が室温から観測された。適切な割合のLnTeSbの場合には基本構造を維持している。他方Teの比が少ないLnTeSbやCeSeSbではc軸方向二倍の超格子構造が形成されていることを発見した。引き続いた超格子構造解析の結果、この超格子構造により４回対称軸、二回対称軸、映進面などが失われ螺旋対称性をもつ結晶構造になっていることが明らかになった。なお超格子構造も２％程度の高精度で構造解析に成功している。トポロジカル物質では、空間対称性や時間反転対称性の変化にディラックコーンが敏感に応答する。対称性が明らかになった上記単結晶の量子物性を詳細に測定すれば、量子物性と構造との相関も明らかになり、トポロジカル物質の理解が大きく進むであろう。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
４K冷凍機にヘリウム液化部を付け加えたクライオスタットが完成し、液体ヘリウムフリーで、1.3K10Tまでの条件下でトポロジカル物質の極低温量子物性が連続して測定可能になり、今後は液体ヘリウム無しで、自動化した量子物性測定が行える。
また、多くのトポロジカル物質の良質単結晶が作成可能になった。ランタノイドの変化やキャリアドーピングも可能である。しかも、上記の良質単結晶の全てについて超格子構造を含めた高精度単結晶構造解析をおこない、空間対称性を精緻に決定している。この状況を活用して、対称性決定済みのトポロジカル物質について極低温強磁場下で、これまで以上に迅速にトポロジカル量子物性をシステマティックに測定する事が可能になったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
液体ヘリウムフリーの極低温強磁場測定装置で、1.3K10Tまでの条件下でトポロジカル物質の良質単結晶を用いて、極低温量子物性を系統的に測定する。特にLnTeSbとLnTeBとを比較しスピン軌道相互作用の大きさのトポロジカル量子物性への影響を詳しく研究する。さらに、Lnを変更し、体積の変化や4fスピンの影響を考慮しながらトポロジカル量子物性の変化を詳しく調べていく。
なおキャリアドーピングが可能であるので、ちょうどディラック点やでディラックアークにフェルミ準位がくる試料を測定する。上記のような戦略的な低温物性研究を今後もおこなう。
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