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強相関トポロジカル絶縁体における表面効果と圧力スイッチング効果

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ2630
補助金の研究課題番号 22J15100 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
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
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

吉田 章吾  兵庫県立大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードトポロジカル近藤絶縁体 / 強相関電子系 / 希土類化合物 / サマリウム / 磁気秩序 / 価数揺動 / 高圧下核磁気共鳴 / ベイズ推定 / 磁性
研究開始時の研究の概要

本研究では、トポロジカル近藤絶縁体(TKI)候補物質であるSmB6とSmSにおいて、核磁気共鳴(NMR)測定を用いてTKI特性を探索する。当該年度は、新たに33S濃縮のSmS単結晶試料を作製し、高圧下での電子状態の理解に重要な格子変化について明らかにする。また、フェルミ準位近傍の状態密度を反映する核スピン-格子緩和時間(T1)とナイトシフトの印加磁場の異方性を測定することで半導体領域のバンド構造を詳細に調べる。SmB6においては薄膜試料のNMR測定に挑戦し、表面状態に期待されるTKI特性の抽出とその定量化を試みる。

研究実績の概要

価数揺動物質SmSは、圧力印加にともない常磁性半導体から反強磁性金属へと転移することが知られ、半導体領域ではトポロジカル絶縁体特性を持つことが理論研究から示唆され注目を集めている。前年度は、1.5 GPa(半導体領域)において、核スピン-格子緩和率(1/T1)の詳細な解析のために、データ駆動型解析手法であるベイズ推定法を当該分野では初めて導入した。ベイズ推定法を導入することで、これまでの最小二乗法による解析では困難であった多成分を含む緩和曲線であっても成分数を定量的に決定することができ、分布を含む1/T1の温度依存性を見積もることに成功した。その結果、バルクのバンド構造を反映した高温での1/T1はほとんど圧力依存性を示さず、半導体領域と磁気秩序領域の両方に共通してフェルミ準位近傍に非常に狭いバンドを持つ状態であることを明らかにした。半導体領域では、低温では微小なギャップの存在を観測したが不均一性が大きく、また残留状態密度を持つ特異な状態を示唆する結果を得た。磁気秩序領域では、低温での反強磁性転移に向かって降温に伴う磁気モーメントの揺らぎを観測した。さらに、反強磁性秩序相において磁気転移に伴う2相共存を示すNMRスペクトルの解析にもベイズ推定法を導入することで成分分離に成功した。その結果、4.2 GPaでは磁化の増大がないまま反強磁性転移を示すことを明らかにし、この磁気秩序が局在モデルの枠では理解できないと結論した。このことは、前年度に行った最大2.6 GPaまでの高圧下帯磁率測定の結果とも合致する。ここまでの1/T1とナイトシフトの温度依存性は、f電子系の化合物における磁気秩序の描像として一般的に予想される局在描像では説明できず、むしろ遍歴反強磁性体的な特徴を持つことを示唆する結果を得た。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [雑誌論文] Unique Band Structure of Pressure Induced Semiconducting State in SmS Characterized by 33S-Nuclear Magnetic Resonance Measurements2024

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Shogo、Ueda Hajime、Mutou Tetsuya、Katakami Shun、Okada Masato、Yokoyama Yuichi、Mizumaki Masaichiro、Hiraoka Naoka、Kitagawa Kentaro、Haga Yoshinori、Fujii Takuto、Nakai Yusuke、Mito Takeshi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 93 号: 1 ページ: 013702-013702

    • DOI

      10.7566/jpsj.93.013702

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient NMR measurement and data analysis supported by the Bayesian inference: The case of the heavy fermion compound YbCo2Zn202023

    • 著者名/発表者名
      Ueda H.、Katakami S.、Okada M.、Yoshida S.、Nakai Y.、Mito T.、Mizumaki M.
    • 雑誌名

      Journal of Magnetic Resonance

      巻: 357 ページ: 107585-107585

    • DOI

      10.1016/j.jmr.2023.107585

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nonmagnetic-magnetic Transition in SmS Studied by 33S-NMR under High Pressure2023

    • 著者名/発表者名
      Shogo Yoshida, Kentaro Kitagawa, Takehide Koyama, Haruhiko Yamada, Yoshinori Haga, Yusuke Nakai, Koichi Ueda, and Takeshi Mito
    • 雑誌名

      JPS Conf. Proc.

      巻: 38 ページ: 011093-011093

    • DOI

      10.7566/jpscp.38.011093

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bayesian Approach to <i>T</i><sub>1</sub> Analysis in NMR Spectroscopy with Applications to Solid State Physics2023

    • 著者名/発表者名
      Ueda Hajime、Katakami Shun、Yoshida Shogo、Koyama Takehide、Nakai Yusuke、Mito Takeshi、Mizumaki Masaichiro、Okada Masato
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 号: 5 ページ: 054002-054002

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.054002

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sm化合物における特異な非磁性-磁性転移: SmSの<sup>33</sup>S-NMR研究2022

    • 著者名/発表者名
      水戸 毅, 吉田 章吾
    • 雑誌名

      高圧力の科学と技術

      巻: 32 号: 1 ページ: 3-11

    • DOI

      10.4131/jshpreview.32.3

    • ISSN
      0917-639X, 1348-1940
    • 年月日
      2022-03-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Anomalously weak magnetism near a pressure-induced magnetic transition in SmS2023

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida, N. Hiraoka, K. Kitagawa, T. Mutou, Y. Haga, Y. Nakai, and T. Mito
    • 学会等名
      The 10th International Workshop on the Dual Nature of f-Electrons
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] SmS金色相における特異なギャップ状態Ⅱ2023

    • 著者名/発表者名
      吉田章吾, 合田翔, 平岡奈緒香, 北川健太郎, 武藤哲也, 上田朔, 片上舜, 岡田真人, 横山優一, 水牧仁一朗, 芳賀芳範, 藤井拓斗, 中井祐介, 水戸毅
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] SmS金色相における特異なギャップ状態 -高圧下における33S-NMRと帯磁率の研究-2023

    • 著者名/発表者名
      吉田章吾, 平岡奈緒香, 北川健太郎, 武藤哲也, 芳賀芳範, 中井祐介, 水戸毅
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 核磁気共鳴法へのデータ駆動科学的手法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      上田朔, 片上舜, 吉田章吾, 中井祐介, 水戸毅, 水牧仁一朗, 岡田真人
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Systematic NMR Study of Intermediate Valence Compound SmS2022

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshida, T. Koyama, H. Yamada, Y. Nakai, K. Ueda, Y. Haga, K. Kitagawa, T. Mito
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Low Temperature Physics
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 金色相SmSの低温,高圧下で現れるギャップ状態と磁気秩序状態の33S-NMR測定による研究Ⅱ2022

    • 著者名/発表者名
      吉田章吾, 北川健太郎, 山田陽彦, 小山岳秀, 中井祐介, 上田光一, 水戸毅, 芳賀芳範
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 近藤絶縁体SmB6におけるNMR緩和率の磁場角度依存性2022

    • 著者名/発表者名
      西川智稀, 吉田章吾, 中井祐介, 上田光一, 水戸毅, 伊賀文俊
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 研究室のホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/view/u-hyogo-nmr/home?authuser=0

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] The 29th International Conference on Low Temperature Physics2022

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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