多極子伝導物質の高品質単結晶化と量子振動効果によるフェルミ面の研究

• 研究領域: J-Physics：多極子伝導系の物理
• 研究課題/領域番号: 18H04320
• 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: 神戸大学
• 研究代表者: 菅原 仁 神戸大学, 理学研究科, 教授 (60264587)
• 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: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2019年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2018年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
• キーワード: 多極子伝導物質 / 純良単結晶 / ドハース・ファンアルフェン効果 / フェルミ面 / 多極子伝道物質 / 強相関電子系 / 純良単結晶育成 / シュブニコフ・ドハース効果

研究実績の概要

多極子相互作用が起源と考えられる異常な超伝導や磁性を示す新物質が発見され注目されている。これらの異常現象には磁性イオンが持つ多極子と伝導電子の相互作用が重要な役割を果たしていると考えられており、個々の物質のフェルミ面や状態密度などの電子状態の特異性が深く関与している可能性が非常に高い。そこで本研究では、これらの物質の高品質単結晶化を行い、ドハース・ファンアルフェン（dHvA）効果等の量子振動測定からその電子状態を観測することを目的とした。本研究期間内に行った主な研究内容は以下の通りである。
(1)SmTi2Al20は約6.5 Kで非自明な相転移を示し、150 mJ/K2molにも及ぶ大きな電子比熱係数が磁場に対してほとんど変化しないことから磁場に鈍感な重い電子系として注目されている。本研究ではSmTi2Al20の純良単結晶育成を行い、dHvA効果測定からフェルミ面を観測した。フェルミ面の形状は比較物質のLaTi2Al20に類似していることから、Smの4f電子は基本的には局在していると考えられるが、観測されたサイクロトロン有効質量は0.9～5.6m0(m0は真空中での電子の静止質量)とLaTi2Al20と比べ 5～15倍重くなっていることが明らかとなった。
(2)価数揺動物質CeIr2は電子比熱係数が 20 mJ/K2mol と比較的大きく，0.21 K で超伝導を示すことから4f電子の超伝導への寄与に興味が持たれている．また，高い量子効率を持つ電子銃の陰極材料としても注目されている。本研究では CeIr2の純良単結晶育成に成功し、dHvA効果測定から初めてそのフェルミ面を観測した。また、比較物質のLaIr2についても同様にフェルミ面の観測に初めて成功し、それらの比較から、CeIr2のフェルミ面の形状はLaIr2とは異なることが明らかとなった。

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] Single-crystal Growth and de Haas-van Alphen Effect in LaIr2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Omasa Kazuyuki、Matsuoka Eiichi、Kotegawa Hisashi、Tou Hideki、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Aoki Dai、Satoh Daisuke、Yoshida Mitsuhiro、Takeuchi Tetsuya、Harima Hisatomo、Sugawara Hitoshi
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 29
  • DOI: 10.7566/jpscp.29.012012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic and Transport Properties of a New Kondo-Lattice Compound Ce3NbRh4Ge4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka Eiichi、Ito Seiya、Sugawara Hitoshi、Sakurai Takahiro、Ohta Hitoshi
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 29
  • DOI: 10.7566/jpscp.29.014002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] de Haas-van Alphen Effect in SmTi2Al20 (2020)
  • 著者名/発表者名: Omasa Kazuyuki、Matsuoka Eiichi、Aoki Dai、Sugawara Hitoshi
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 29
  • DOI: 10.7566/jpscp.29.015007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Helimagnetic Structure and Heavy-Fermion-Like Behavior in the Vicinity of the Quantum Critical Point in Mn3P (2020)
  • 著者名/発表者名: Kotegawa Hisashi、Matsuda Masaaki、Ye Feng、Tani Yuki、Uda Kohei、Kuwata Yoshiki、Tou Hideki、Matsuoka Eiichi、Sugawara Hitoshi、Sakurai Takahiro、Ohta Hitoshi、Harima Hisatomo、Takeda Keiki、Hayashi Junichi、Araki Shingo、Kobayashi Tatsuo C.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 124 号: 8 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.087202
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic State of V3Si Probed by 29Si NMR (2020)
  • 著者名/発表者名: Nojirino Asahi、Aki Masaya、Kawasaki Yu、Kishimoto Yutaka、Nakamura Koichi、Nakai Yusuke、Mito Takeshi、Yashima Mitsuharu、Mukuda Hidekazu、Kotegawa Hisashi、Sugawara Hitoshi
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011050
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic, Transport, and Thermal Properties of New Cubic Compounds Ce6Mg23Z (Z = C, Si, Ge) (2020)
  • 著者名/発表者名: Shibuya Ryota、Matsuoka Eiichi、Sugawara Hitoshi、Sakurai Takahiro、Ohta Hitoshi
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011109
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic and Transport Properties of New Cubic Compounds Ce6Pd13Cd4 and R6Pd13Zn4 (R = Pr, Nd) with the Octahedral Rare-Earth Sublattices (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka Eiichi、Iwakiri Yasuo、Oshima Akihiro、Sugawara Hitoshi、Sakurai Takahiro、Ohta Hitoshi
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011110
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] de Haas-van Alphen Effect in NdTi2Al20 (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshinaga, J. Kaneyoshi, E. Matsuoka, H. Kotegawa, H. Tou, A. Nakamura, D. Aoki, H. Harima, H. Sugawara
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-crystal Growth and de Haas-van Alphen Effect in CeIr2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Omasa Kazuyuki、Matsuoka Eiichi、Kotegawa Hisashi、Tou Hideki、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Aoki Dai、Satoh Daisuke、Yoshida Mitsuhiro、Takeuchi Tetsuya、Harima Hisatomo、Sugawara Hitoshi
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011130
  • NAID: 130008152243
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Possible Frustration Effects on a New Antiferromagnetic Compound Ce6Pd13Zn4 with the Octahedral Ce Sublattice (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka Eiichi、Oshima Akihiro、Sugawara Hitoshi、Sakurai Takahiro、Ohta Hitoshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 1 ページ: 013705-013705
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.013705
  • NAID: 210000134655
  • 査読あり
• [雑誌論文] NMR spectrum analysis for CrAs at ambient pressure (2018)
  • 著者名/発表者名: Kotegawa H.、Nakahara S.、Matsushima K.、Tou H.、Matsuoka E.、Sugawara H.、Harima H.
  • 雑誌名: Physica B: Condensed Matter 巻: 536 ページ: 810-812
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.10.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superlattice formation lifting degeneracy protected by nonsymmorphic symmetry through a metal-insulator transition in RuAs (2018)
  • 著者名/発表者名: Kotegawa Hisashi、Takeda Keiki、Kuwata Yoshiki、Hayashi Junichi、Tou Hideki、Sugawara Hitoshi、Sakurai Takahiro、Ohta Hitoshi、Harima Hisatomo
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 2 号: 5 ページ: 055001-055001
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.2.055001
  • NAID: 120006796538
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-band Electronic Structure of Ferromagnetic CeRuPO (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Masaya、Ootsuki Daiki、Horio Masafumi、Arita Masashi、Namatame Hirofumi、Taniguchi Masaki、Saini Naurang L.、Sugawara Hitoshi、Mizokawa Takashi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 4 ページ: 043703-043703
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.043703
  • NAID: 210000134776
  • 査読あり
• [雑誌論文] 75As-NQR Investigation of the Relationship between the Instability of Metal-Insulator Transition and Superconductivity in Ru1-xRhxAs (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuwata Yoshiki、Kotegawa Hisashi、Sugawara Hitoshi、Sakurai Takahiro、Ohta Hitoshi、Tou Hideki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 7 ページ: 073703-073703
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.073703
  • NAID: 210000134882
  • 査読あり
• [学会発表] 圧力下強磁場ESR装置における圧力較正手法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安谷佳将, 櫻井敬博, 菅原仁, 大久保晋, 太田仁
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] A15型超伝導体V3SiのSi-NMRによる研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野尻野旭, 安藝将也, 川崎祐, 岸本豊, 中村浩一, 水戸毅, 八島光晴, 椋田秀和, 小手川恒, 菅原仁
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] RuAsの金属絶縁体転移の異方的電子構造変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中島裕喜, 三田善志郎, 渡邊浩, 大坪嘉之, 伊藤孝寛, 小手川恒, 菅原仁, 藤秀樹, 木村真一
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Mn1次元鎖を持つTi4MnBi2とLa3MnBi5の単結晶作製と磁性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 谷悠希, 桑田祥希, 小手川恒, 藤秀樹, 菅原仁, 播磨尚朝, 武田圭生
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] NbCrPの非磁性相転移に対する圧力効果の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 桑田祥希, 小手川恒, 武田圭生, 藤秀樹, 松岡英一, 菅原仁, 太田仁, 櫻井敬博, 播磨尚朝
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 価数揺動物質CeIr2のドハース・ファンアルフェン効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大政和之, 松岡英一, 小手川恒, 藤秀樹, 仲村愛, 本間佳哉, 青木大, 佐藤大輔, 吉田光宏, 竹内徹也, 播磨尚朝, 菅原仁
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] NdTi2Al20のdHvA効果と磁気抵抗 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉永岳朗, 兼吉潤, 松岡英一, 小手川恒, 藤秀樹, 仲村愛, 青木大, 菅原仁
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 近藤格子系CeRh6Ge4における強磁性量子臨界点の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹村優輝, 小手川恒, 宇賀俊士, 真砂全宏, 藤秀樹, 築地孝和, 松岡英一, 菅原仁, 播磨尚朝
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 反強磁性体Mn3Pの磁性と量子臨界性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小手川恒, 谷悠希, 宇田幸平, 桑田祥希, 藤秀樹, 菅原仁, 播磨尚朝, 荒木新吾, 小林達生, 武田圭生, 櫻井敬博, 太田仁, Feng Ye, 松田雅昌
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 新しい立方晶化合物Ce6Mg23Z (Z = C, Si, Ge)の多結晶作製及び基礎物性測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渋谷僚太, 松岡英一, 菅原仁, 櫻井敬博, 太田仁
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 希土類の正八面体副格子を持つR6Pd13X4 (R = 希土類、X = Zn, Cd) の磁性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松岡英一, 岩切泰和, 大島章弘, 菅原仁, 櫻井敬博, 太田仁
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Magnetic and Transport Properties of a New Kondo-Lattice Compound Ce3NbRh4Ge4 (2019)
  • 著者名/発表者名: E. Matsuoka, S. Ito, H. Sugawara, T. Sakurai, and H. Ohta
  • 学会等名: J-Physics2019
  • 国際学会
• [学会発表] Indication of Ferromagnetic Quantum Critical Point in Kondo Lattice CeRh6Ge4 (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Takemura, H. Kotegawa, T. Uga, M. Manago, H. Tou, N. Chikuchi, E. Matsuoka, H. Sugawara, and H. Harima
  • 学会等名: J-Physics2019
  • 国際学会
• [学会発表] de Haas-van Alphen Effect in SmTi2Al20 (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Omasa, E. Matsuoka, D. Aoki, and H. Sugawara
  • 学会等名: J-Physics2019
  • 国際学会
• [学会発表] Sigle-crystal Growth and de Haas-van Alphen Effect in LaIr2 (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Omasa, E. Matsuoka, H. Kotegawa, H. Tou, A. Nakamura, Y. Homma, D. Aoki, D. Satoh, M. Yoshida, T. Takeuchi, H. Harima, and H. Sugawara
  • 学会等名: J-Physics2019
  • 国際学会
• [学会発表] Sigle Crystal Growth and Physical Properties of Ti4MnBi2 and La3MnBi5 (2019)
  • 著者名/発表者名: . Tani, Y. Kuwata, H. Kotegawa, H. Tou, H. Sugawara, and H. Harima
  • 学会等名: J-Physics2019
  • 国際学会
• [学会発表] NMR Study fo the First-order Phase Transition of NbCrP (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuwata, H. Kotegawa, Y. Furukawa, O. P. Ding, K. Takeda, H. Sugawara, H. Tou, and H. Harima
  • 学会等名: J-Physics2019
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic Correlation Investigated by NMR for Mn3P and CrAs (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Kotegawa, M. Matsuda, F. Ye, Y. Tani, K. Uda, K. Matsushima, Y. Kuwata, H. Tou, E. Matsuoka, H. Sugawara, T. Sakurai, H. Ohta, H. Harima, K. Takeda, J. Hayashi, S. Araki, and T. C. Kobayashi
  • 学会等名: J-Physics2019
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic State of V3Si Probed by 29Si NMR (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Nojirino, M. Aki, Y. Kawasaki, Y. Kishimoto, K. Nakamura, Y. Nakai, T. Mito, M. Yashima, H. Mukuda, H. Kotegawa, and H. Sugawara
  • 学会等名: SCES2019
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic, Transport, and Thermal Properties of New Cubic Compounds Ce6Mg23Z (Z = C, Si, Ge) (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Shibuya, E. Matsuoka, H. Sugawara, T. Sakurai, and H. Ohta
  • 学会等名: SCES2019
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic and Transport Properties of New Cubic Compounds Ce6Pd13Cd4, and R6Pd13Zn4 (R=Pr, Nd) with the Octahedral Rare-earth Sublattices (2019)
  • 著者名/発表者名: E. Matsuoka, Y. Iwakiri, A. Oshima, H. Sugawara, T. Sakurai, and H. Ohta
  • 学会等名: SCES2019
  • 国際学会
• [学会発表] de Haas-van Alphen Effect in NdTi2Al20 (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshinaga, J. Kaneyoshi, E. Matsuoka, H. Kotegawa, H. Tou, A. Nakamura, D. Aoki, H. Harima, and H. Sugawara
  • 学会等名: SCES2019
  • 国際学会
• [学会発表] Sigle-crystal Growth and de Haas-van Alphen Effect in CeIr2 (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Omasa, E. Matsuoka, H. Kotegawa, H. Tou, A. Nakamura, Y. Homma, D. Aoki, D. Satoh, M. Yoshida, T. Takeuchi, H. Harima, and H. Sugawara
  • 学会等名: SCES2019
  • 国際学会
• [学会発表] A15型超伝導体V3SiのSi-NMRによる研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野尻野旭, 森寛央,川崎祐, 岸本豊, 中村浩一, 小山岳秀, 水戸毅, 八島光晴, 椋田秀和, 小手川恒, 菅原仁
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
• [学会発表] 角度分解光電子分光によるCeRuPOのバンド構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森綱尚輝, 守田智洋, 密岡拓心, 溝川貴司, 有田将司, 菅原仁
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
• [学会発表] 非共型構造を有するNbCrPの非磁性相転移の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 桑田祥希, 小手川恒, 武田圭生, 藤秀樹, 松岡英一, 菅原仁, 太田仁, 櫻井敬博, 播磨尚朝
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会(2019年)
• [学会発表] 多極子伝導物質の高品質単結晶化と量子振動効果によるフェルミ面の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菅原仁
  • 学会等名: J-Physics：多極子伝導系の物理 平成30年度領域全体会議
• [学会発表] CeRh3B2におけるCe3d内殻光電子分光の偏光依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林慶行, 門野利治, 関山明, 金井惟奈, 久我健太郎, 東谷篤志, 山崎篤志,藤原秀紀, 阪本紘平, 寺島大貴, 千島雅大, 濱本諭, 中川広野, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 菅原仁, 今田真
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] RuAsの異方的金属絶縁体転移の光学的観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中島裕喜, 三田善志郎, 日比滋元, 亀井俊, 渡邊浩, 小手川恒, 菅原仁, 藤秀樹, 伊藤孝寛, 木村真一
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] A15型超伝導体V3SiのSi-NMRによる研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 森寛央, 野尻野旭, 川崎祐, 岸本豊, 中村浩一, 小山岳秀, 水戸毅, 八島光晴, 椋田秀和, 小手川恒, 菅原仁
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] LaRu4P12における超伝導状態のNMR (2018)
  • 著者名/発表者名: 金城克樹, 北川俊作, 中井祐介, 石田憲二, 菅原仁, 佐藤英行
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 圧力誘起超伝導体CrAsのdHvA効果測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 兼吉潤, 吉永岳朗, 松岡英一, 小手川恒, 藤秀樹, 廣瀬陽代, 寺嶋太一, 宇治進也, 菅原仁
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 空間反転対称性のない六方晶希土類化合物RRh6Ge4(R=希土類)の単結晶作製と物性測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 築地孝和, 松岡英一, 菅原仁, 櫻井敬博, 太田仁
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 反強磁性体Mn3Pの圧力誘起量子臨界点の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小手川恒, 宇田幸平, 桑田祥希, 藤秀樹, 菅原仁, 播磨尚朝, 荒木新吾, 小林達生, 武田圭生, 櫻井敬博, 太田仁
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] RuAsのRh置換効果に対するNQRによる検証と類似ジグザグ構造を持つ物質の物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 桑田祥希, 小手川恒, 武田圭生, 藤秀樹, 松岡英一, 菅原仁, 太田仁, 櫻井敬博, 播磨尚朝
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] PrV2Al20及び関連物質の純良単結晶育成と電子状態の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉永岳朗, 兼吉潤, 久保智也, 松岡英一, 菅原仁
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 希土類の八面体構造を持つR6Pd13Cd4(R=La、Ce、Pr)の物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩切泰和, 松岡英一, 菅原仁, 櫻井敬博, 太田仁
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 新しい強磁性体Ce3NbRh4Ge4の磁性と伝導 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤誠也, 松岡英一, 菅原仁, 櫻井敬博, 太田仁
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 新しい正方晶化合物CeAu4Zn2の単結晶作製と物性評価II (2018)
  • 著者名/発表者名: 松岡英一, 渋谷僚太, 菅原仁, 櫻井敬博, 太田仁
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 多極子伝導系の量子振動効果によるフェルミ面の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菅原仁
  • 学会等名: 東北大学金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国際研究センター 平成30年度 大洗研究会