空間反転対称性を「破る」5d電子系の新物質開拓

• 研究領域: J-Physics：多極子伝導系の物理
• 研究課題/領域番号: 18H04314
• 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
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 岡本 佳比古 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90435636)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: 5d電子系 / 空間反転対称性 / 超伝導 / 5d遷移金属化合物 / 新物質開拓 / 相転移

研究実績の概要

本課題では、強いスピン軌道相互作用と強い電子相関の効果が共存する多軌道系である5d遷移金属化合物を中心として、空間反転対称性を破る相転移を示す新しい5d電子系物質の開発と、局所的に空間反転対称性を破る5d電子系物質における新超伝導体探索を行う。それにより、パリティ混成に駆動される電子相転移や、奇パリティ多極子が関与する非従来型超伝導といった、空間反転対称性に起因する興味深い電子現象を発見する。令和元年度には、(a) 空間反転対称性が破れた立方晶の結晶構造をもつPt化合物と、(b) 高い熱電変換特性を示す5d遷移金属テルル化物Ta4SiTe4について研究を行った。
(a) 空間反転対称性が破れた立方晶の結晶構造をもつPt化合物、PtSbSとBaPtPの焼結体試料が、それぞれ0.15 K、0.20 Kにおいて超伝導転移することを発見した。このうちPtSbSについては、磁化測定により大きな反磁性が観測されており、バルク超伝導であることを確かめた。PtSbSはネスティングの強いホールポケットを含む特徴的な形状のフェルミ面をもつこと、BaPtPでは空間反転対称性が破れていることによるバンド分裂がかなり大きいことが電子状態計算により明らかにされた。今後、これらの特徴が、空間反転対称性が破れた立方晶の結晶構造をとることと関連して、超伝導を含む電子物性においてどのように表れているのかを解明することが期待される。
(b) Ta4SiTe4に元素置換を行うことにより、高い熱電変換特性を示すp型、n型試料の合成に成功した。これらの試料を用いた冷却素子を試作し、実際に温度降下が起こることを確かめた。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Electronic Properties of BaPtP with a Noncentrosymmetric Cubic Crystal Structure (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto, Ryosuke Mizutani, Youichi Yamakawa, Hiroshi Takatsu, Hiroshi Kageyama, and Koshi Takenaka
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 29
  • DOI: 10.7566/jpscp.29.011001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regular-Triangle Trimer and Charge Order Preserving the Anderson Condition in the Pyrochlore Structure of CsW2O6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto, Haruki Amano, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Kenta Niki, Rikuto Mitoka, Hisatomo Harima, Takumi Hasegawa, Norio Ogita, Yu Tanaka, Masashi Takigawa, Yasunori Yokoyama, Kanji Takehana, Yasutaka Imanaka, Yuto Nakamura, Hideo Kishida, and Koshi Takenaka
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: －
  • NAID: 120006873092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hole-Doped M4SiTe4 (M = Ta, Nb) as an Efficient p-Type Thermoelectric Material for Low-Temperature Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto, Yuma Yoshikawa, Taichi Wada, and Koshi Takenaka
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 115 号: 4 ページ: 043901-043901
  • DOI: 10.1063/1.5109590
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity in PtSbS with a Noncentrosymmetric Cubic Crystal Structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Mizutani, Yoshihiko Okamoto, Hayate Nagaso, Youichi Yamakawa, Hiroshi Takatsu, Hiroshi Kageyama, Shunichiro Kittaka, Yohei Kono, Toshiro Sakakibara, and Koshi Takenaka
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 9 ページ: 093709-093709
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.093709
  • NAID: 40022008736
  • 査読あり
• [学会発表] βパイロクロア酸化物CsW2O6の金属絶縁体転移における三量体形成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古
  • 学会等名: 新学術領域「多極子伝導系の物理」令和元年度領域全体会議
• [学会発表] One-Dimensional Telluride Ta4SiTe4 as an Efficient Thermoelectric Material for Low-Temperature Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto
  • 学会等名: 14th Asia-Pacific Physics Conference 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Equilateral-Triangular Trimer Formation in β-Pyrochlore Oxide CsW2O6 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto, Rikuto Mitoka, Kenta Niki, Haruki Amano, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Hisatomo Harima, and Koshi Takenaka
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Superconductivity in PtSbS with Noncentrosymmetric and Cubic Crystal Structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto
  • 学会等名: J-Physics 2019 International Conference & KINKEN-WAKATE 2019 Multipole Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exploration of Novel Transition Metal Compounds Based on the Unique Crystal and Electronic Structures (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto
  • 学会等名: Research Frontier of Advanced Spectroscopies for Correlated Electron Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ウルマナイト型硫化物PtSbSの超伝導 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古、水谷亮介、永曽颯、山川洋一、高津浩、陰山洋、河野洋平、橘高俊一郎、榊原俊郎、竹中康司
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] ウルマナイト型硫化物PtSbSの超伝導 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古
  • 学会等名: 新学術領域「多極子伝導系の物理」J-Physics地域研究会 - 北九州
• [学会発表] Crystal Growth of 5d Transition Metal Compounds: β-Pyrochlore Oxide CsW2O6 and One-Dimensional Telluride Ta4SiTe4 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto
  • 学会等名: International Workshop on New Materials and Crystal Growth
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 電気炉とデータベースによる物質開拓 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古
  • 学会等名: 新学術領域研究「多極子伝導系の物理」 ものづくりシリーズ第3回「物質探索最前線」
  • 招待講演
• [学会発表] βパイロクロア酸化物CsW2O6における三量体形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古、三十日陸斗、二木健太、天野春樹、片山尚幸、澤博、播磨尚朝、竹中康司
  • 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] 低温で高い熱電変換性能を示す一次元テルル化物Ta4SiTe4とNb4SiTe4 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古
  • 学会等名: 第3回固体化学フォーラム
  • 招待講演