中性子散乱を用いた複合アニオン化合物の構造解析

• 研究領域: 複合アニオン化合物の創製と新機能
• 研究課題/領域番号: 17H05473
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 南部 雄亮 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 物性実験 / 中性子散乱 / 複合アニオン / 構造解析

研究実績の概要

Ruddlesden-Popper型ペロブスカイト物質であるPb3Fe2O5F2について、引き続き得られた粉末中性子回折データに対して結晶構造および磁気構造解析を行った。構造解析の結果、高温相と低温相の空間群同定に成功した。また、規約表現論に基づいた磁気構造解析の結果、高温相におけるab面内磁気モーメントは375 Kの転移を経てc軸方向に配向することを明らかにした。共同研究の第一原理計算の結果と合わせることで、構造相転移に伴う結晶場の変化からスピンフロップが理解できることを示した。
鉄系梯子型物質BaFe2(S1-xSex)3について、温度・置換濃度相図の解明を行った。中性子粉末解析実験をオーストラリアANSTOの粉末回折計ECHIDNAにおいて行い、規約表現論に基づく磁気構造解析を行った。バルク測定で得られた異常温度と合わせることで相図を作成し、Se側のブロック型磁気構造とS側のストライプ型磁気構造がx ~ 0.25の濃度を境として有限温度で隔てられていることを明らかにした。これは中間濃度領域で磁性が完全に抑えられる(Ba1-xCsx)Fe2Se3と対照的である。
新しい三角格子磁性体(Sb,Bi)2MnTe4の合成と物性測定を行った。特にSb系についてはバルク物性測定からフェリ磁性転移を確認し、中性子粉末回折実験から磁気構造の同定を行った。また、第一原理計算からバンド構造を明らかにし、理想的なII型のWeyl半金属状態が形成されていることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] ANSTO(オーストラリア)
• [国際共同研究] Institut Laue-Langevin(フランス)
• [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory/NIST(米国)
• [国際共同研究] ANSTO(オーストラリア)
• [雑誌論文] 梯子型鉄系化合物BaFe2S3における圧力誘起超伝導 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山内徹, 平田靖透, 高橋博樹, 南部雄亮, 佐藤卓, 大串研也
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 54 ページ: 27-42
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure electrical resistivity studies for Ba1-xCsxFe2Se3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawashima C、Soeda H、Takahashi H、Hawai T、Nambu Y、Sato T J、Hirata Y、Ohgushi K
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 950 ページ: 042031-042031
  • DOI: 10.1088/1742-6596/950/4/042031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal stability and irreversibility of skyrmion-lattice phases in Cu2OSeO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Makino, J. D. Reim, D. Higashi, D. Okuyama, T. J. Sato, Y. Nambu, E. P. Gilbert, N. Booth, S. Seki, Y. Tokura
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 13
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.134412
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of minute-time-scale kinetics on the stabilization of the skyrmion-lattice in Cu2OSeO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: J. D. Reim, K. Makino, D. Higashi, Y. Nambu, D. Okuyama, T. J Sato, E. P. Gilbert, N. Booth, S. Seki
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 828 ページ: 012004-012004
  • DOI: 10.1088/1742-6596/828/1/012004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a polarized 3He neutron spin filter for POLANO at J-PARC (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ino, M. Ohkawara, K. Ohoyama, T. Yokoo, S. Itoh, Y. Nambu, M. Fujita, H. Kira, H. Hayashida, K. Hiroi, K. Sakai, T. Oku, and K. Kakurai
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 862 ページ: 012011-012011
  • DOI: 10.1088/1742-6596/862/1/012011
  • 査読あり
• [学会発表] Helicity of magnon modes in YIG (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Nambu
  • 学会等名: The 17th Japan-Korea Meeting on Neutron Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Role of magnon mode helicity in the spin current (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Nambu
  • 学会等名: 53rd REIMEI International Workshop “New excitations in spintronics”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 複合アニオン化ペロブスカイトPb3Fe2O5F2における結晶場変化によるスピンフロップ (2019)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮、岡研吾、越智正之
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 量子ビームを用いたスピンの時空間相関の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] ミュオンで視た鉄系梯子型物質およびMajumdar-Ghosh系物質の動的磁性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮、鈴木謙介、岡部博孝、幸田章宏、門野良典
  • 学会等名: 2018年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] マグノンモードヘリシティがスピン流に与える影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮、川本陽、沖野夕貴、藤田全基、加倉井和久
  • 学会等名: 2018年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 三角格子反強磁性体NiGa2S4のパルス強磁場ESR (2019)
  • 著者名/発表者名: 鳴海康雄、佐藤和樹、南部雄亮、川本陽、水戸陵人、赤木暢、萩原政幸
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Kinetics of the magnetic skyrmion lattice in MnSi under direct/alternating electric current (2019)
  • 著者名/発表者名: D. Okuyama, M. Bleue, Q. Ye, N. Nagaosa, A. Kikkawa, Y. Taguchi, Y. Tokura, J.D. Reim, Y. Nambu, T.J. Sato
  • 学会等名: The 2nd Symposium for World Leading Research Centers -Materials Science and Spintronics-
  • 国際学会
• [学会発表] 中性子非弾性散乱実験に備えたTb3Fe5O12の単結晶試料育成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川本陽、吉川貴史、藤田全基、南部雄亮
  • 学会等名: 2018年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 熱ホール効果を示すTb3Ga5O12のフォノンと結晶場 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森道康、藤田全基、南部雄亮、河村聖子、古府麻衣子、中島健次、C. Urlich、O.P. Sushkov
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 磁性体における偏極中性子散乱研究 －定常炉・核破砕炉の相補利用を見据えて (2018)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 東京大学物性研究所中性子セミナー
• [学会発表] 中性子を用いたスピンダイナミクスの研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 第28回日本MRS年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] MnSiにおける電流中の磁気スキルミオン格子の塑性流動的な振る舞い (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥山大輔、M. Bleuel、Q. Ye、P. Butler、永長直人、吉川明子、田口康二郎、十倉好紀、J. D. Reim、東大樹、南部雄亮、佐藤卓
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] MnSiにおける変動電流中の磁気スキルミオン格子のダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥山大輔、M. Bleuel、Q. Ye、P. Butler、永長直人、吉川明子、田口康二郎、十倉好紀、J. D. Reim、東大樹、南部雄亮、佐藤卓
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 擬一次元梯子型鉄系化合物BaFe2(Se1-xSx)3における基礎物性測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 今泉聖司、青山拓也、佐伯雄大、今井良宗、南部雄亮、Fei Du、上田寛、Maxim Avdeev、大串研也
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] MnSiの定常/変動電流中の磁気スキルミオン格子ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥山大輔、M. Bleuel、永長直人、吉川明子、田口康二郎、十倉好紀、東大樹、J. D. Reim、南部雄亮、佐藤卓
  • 学会等名: 日本中性子科学会第18回年会
• [学会発表] 磁気スカーミオンの相安定性と電流下挙動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥山大輔、J. Reim、牧野晃也、東大樹、南部雄亮、E. P. Gilbert、N. Booth、M. Bleue、J. Krzywon、P. D. Butler、J. S. White、G. Nagy、M. Bartkowiak、I. Z. Quan、I. Zivkovic、H. M. Ronnow、関真一郎、星野晋太郎、岩崎惇一、永長直人、吉川明子、田口康二郎、十倉好紀、佐藤卓
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会「量子多体効果が生み出す液晶的電子状態」
• [学会発表] Magnetic excitations in YIG: Neutron scattering study (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Nambu
  • 学会等名: Reimei/GP-Spin/ICC-IMR International Workshop “New Excitations in Spintronics”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] カイラル磁性絶縁体Cu2OSeO3における磁気スキルミオンの中性子小角散乱 (2018)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • 招待講演
• [学会発表] Current Status of the Powder Diffractometer HERMES stationed at the JRR-3 Reactor (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Nambu, M. Ohkawara, Y. Ikeda, K.M. Suzuki, and M. Fujita
  • 学会等名: Kick-off Symposium for World Leading Research Centers -Materials Science and Spintronics-
  • 国際学会
• [学会発表] マルチプローブで視た鉄系梯子型物質の動的磁性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮、鈴木謙介、羽合孝文、長尾道弘、伊藤晋一、岡部博孝、幸田章宏、門野良典、今泉聖司、橋詰和樹、青山拓也、大串研也
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] Magnetic dynamics in the iron-based ladder compound BaFe2Se3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Nambu, K.M. Suzuki, H. Okabe, A. Koda, R. Kadono, S. Imaizumi, K. Hashizume, T. Aoyama, Y. Imai, and K. Ohgushi
  • 学会等名: The 14th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamical magnetism in the iron-based ladder compound BaFe2Se3 through multi-probe techniques (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Nambu, K.M. Suzuki, S. Imaizumi, K. Hashizume, T. Aoyama, Y. Imai, and K. Ohgushi
  • 学会等名: 28th International Conference on Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] 中性子とミュオンでみた鉄系梯子型物質BaFe2Se3の動的磁性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮、鈴木謙介、羽合孝文、長尾道弘、横尾哲也、伊藤晋一、岡部博孝、幸田章宏、門野良典、今泉聖司、橋詰和樹、青山拓也、今井良宗、大串研也
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 複合アニオン研究に中性子が貢献できること (2017)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 第7回CSJ化学フェスタ2017
  • 招待講演
• [学会発表] 中性子を用いた複合アニオン化合物の磁性研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 日本磁気学会第215回研究会/第61回化合物新磁性材料専門研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 研究用原子炉JRR-3の粉末回折計HERMESの現状と結晶・磁気構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮、大河原学、池田陽一、鈴木謙介、藤田全基
  • 学会等名: 第133回金属材料研究所講演会
• [学会発表] JRR-3に設置された粉末回折計HERMESの現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮、大河原学、池田陽一、鈴木謙介、藤田全基
  • 学会等名: 日本中性子科学会第17回年会
• [備考] 物理学専攻 南部 雄亮 准教授 が 第13回（2019年）日本物理学会若手奨励賞 を受賞
  • URL: http://www.sci.tohoku.ac.jp/news/20190228-10141.html
• [備考] 南部雄亮 准教授が第13回日本物理学会若手奨励賞（領域3）を受賞しました。
  • URL: http://www.phys.tohoku.ac.jp/cat_jp/post-2411/
• [備考] 受賞
  • URL: http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/news/awards/2019/#aw1103
• [備考] 若手奨励賞
  • URL: https://www.jps.or.jp/activities/awards/jusyosya/wakate2019.php#r3
• [備考] 特別インタビュー物理の「美しさ」に導かれて
  • URL: http://www.imr.tohoku.ac.jp/kinken-mapping/00-201707.html