希土類キラル磁性体の圧力によって誘起された量子臨界現象とキラルソリトン格子相

• 研究領域: J-Physics：多極子伝導系の物理
• 研究課題/領域番号: 18H04324
• 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: 広島大学
• 研究代表者: 梅尾 和則 広島大学, 自然科学研究支援開発センター, 准教授 (10223596)
• 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: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
• キーワード: キラル磁性体 / 高圧力 / 比熱 / 磁気抵抗 / ホール効果 / 磁化 / キラルソリトン格子 / 量子臨界現象

研究実績の概要

キラルな結晶構造をもつYbNi3Al9はRKKY相互作用とDzyaloshinskii-Moriya（DM）相互作用の競合によりTM = 3.4 K以下でキラルらせん磁気秩序（CHM）を示す。磁場をらせん軸に垂直に印加すると，Bc = 0.1 Tで，らせん周期の発散に伴い強制強磁性状態に相転移する。さらに，Yb(Ni1-xCux)3Al9で，希土類化合物として初めて磁場中でキラルソリトン格子(CSL)と呼ばれる特異な長周期磁気構造が見出された。一方，常圧で価数揺動状態にある同型構造のYbNi3Gs9は，加圧すると臨界圧Pc=9 GPa以上で磁気秩序を示す。我々はこれまでに，YbNi3Gs9のPc以上の磁気秩序状態で磁場誘起の比熱異常を見出し，また，その磁気秩序状態での磁気抵抗とホール係数測定から，そのCSLの可能性を指摘した。
本年度はYbNi3Gs9の圧力誘起超伝導を探索するため，RRR=430の純良単結晶試料の9 GPa付近の電気抵抗を40 mKまでの極低温下で測定した。しかし，超伝導は観測されなかった。また，YbNi3Al9のTM が加圧により低下する起源を調べるために，2.5 GPaまでの電気抵抗と磁化を測定した。加圧すると，TMとBcは共に低下した。加圧による電気抵抗の近藤散乱の抑制は相対的なRKKY相互作用の増大を示唆する。RKKY相互作用の増大にもかかわらずTMとBcが低下することは，加圧に伴うDM相互作用の抑制を示唆する。0.3 KにおけるBc(P)/Bc(0)の圧力に対する減少率は，0 TにおけるTM(P)/TM(0)のものと比べて2倍程度大きい。この減少率の相違は，TMがRKKY相互作用の影響を受ける反面，Bcはその寄与を受けずDM相互作用と相関するために生じると考えられる。これらのYbNi3Al9の成果を学術論文にまとめ出版した。

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] Pressure Effect on the Chiral Helimagnetic Order in YbNi3Al9 (2020)
  • 著者名/発表者名: Ota Yoshihiko、Umeo Kazunori、Otaki Takumi、Arai Yudai、Onimaru Takahiro、Nakamura Shota、Ohara Shigeo
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 4 ページ: 044715-044715
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.044715
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-Kramers Γ3 Doublet Ground State in a Diluted Pr System Y1-xPrxCo2Zn20 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yu Yamane, Takahiro Onimaru, Yasuyuki Shimura, Kazunori Umeo, and Toshiro Takabatake
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 29
  • DOI: 10.7566/jpscp.29.015001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic Properties of a Diluted Nd System Y1-xNdxCo2Zn20 for x = 0.20 with a Γ6 Doublet Ground State (2020)
  • 著者名/発表者名: Rikako Yamamoto, Takahiro Onimaru, Yu Yamane, Yasuyuki Shimura, Kazunori Umeo, and Toshiro Takabatake
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 29
  • DOI: 10.7566/jpscp.29.015006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Substitution Effect on the Metamagnetic Crossover in the Super-Heavy Fermion Compound YbCo2Zn20 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Shimura, Takafumi Kitazawa, Suguru Tsuda, Sebastian Bachus, Philipp Gegenwart, Yu Yamane, Kazunori Umeo, Takahiro Onimaru, Toshiro Takabatake, Haruyo T. Hirose, Naoki Kikugawa, Taichi Terashima, and Shinya Uji
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011121
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Collapse of Ferroquadrupolar Order and Emergence of Non-Fermi Liquid Behavior in La1-xPrxTi2Al20 (2020)
  • 著者名/発表者名: Shuntaro Asatani, Kazue Urashima, Takahiro Onimaru, Yu Yamane, Kazunori Umeo, and Toshiro Takabatake
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011159
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Magnetic Field on the Nonmagnetic Doublet Ground State in PrMgNi4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuka Kusanose, Takahiro Onimaru, Gyeong-Bae Park, Yu Yamane, Kazunori Umeo, and Toshiro Takabatake
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011160
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic Properties of Rare-Earth Sulfides RCuS2 (R = Dy, Ho, Er, Tm, and Yb) (2020)
  • 著者名/発表者名: Yudai Ohmagari, Yu Yamane, Takahiro Onimaru, Kazunori Umeo, Yasuyuki Shimura, and Toshiro Takabatake
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011167
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Ga and Cd Substitutions for Zn in PrIr2Zn20 on the Quadrupole-Driven Non-Fermi Liquid Behaviors (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada Reiji J.、Onimaru Takahiro、Uenishi Kazuto、Yamane Yu、Wakiya Kazuhei、Matsumoto Keisuke T.、Umeo Kazunori、Takabatake Toshiro
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 5 ページ: 054704-054704
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.054704
  • NAID: 40021885901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hindered Quadrupole Order in PrMgNi4 with a Nonmagnetic Doublet Ground State (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Kusanose, T. Onimaru, G.B. Park, Y. Yamane, K. Umeo, T. Takabatake, N. Kawata, and T. Mizuta
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 88 号: 8 ページ: 083703-083703
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.083703
  • NAID: 210000156671
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interplay between hybridization gaps and unusual magnetic orders in Kondo semiconductors CeT2Al10 (T = Ru and Os) (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Takabatake, Y. Muro, J. Kawabata, K. Hayashi, T. Takeuchi, K. Umeo, T. Ekino, D. T. Adroja
  • 雑誌名: Phil. Mag. 巻: 99 号: 23 ページ: 2984-2999
  • DOI: 10.1080/14786435.2019.1646438
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-induced quantum critical behavior and magnetic order in YbNi3Ga9 with a chiral crystal structure: ac calorimetric measurements up to 12 GPa (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Umeo, Takumi Otaki, Yudai Arai, Shigeo Ohara, Toshiro Takabatake
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.024420
  • 査読あり
• [学会発表] YbNi3Al9のキラルらせん磁気秩序に対する静水圧効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 太田 善彦, 梅尾 和則, 大瀧 拓弥, 新井 雄大，鬼丸 孝博，中村 翔太，大原 繁男
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] Pressure effect on the chiral helimagnetic order in YbNi3Al9 (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Ota, K. Umeo, T. Otaki, Y. Arai, T. Onimaru, S. Nakamura, and S. Ohara
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] ハニカム格子系CePt6Al3の重い電子状態 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大石遼平, 井上幸大, 大曲雄大, 草ノ瀬優香, 山根悠, 梅尾和則, 高畠敏郎, 鬼丸孝博
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] 磁性半導体YbCuS2の電子構造と磁場にリエントラントな相転移 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大曲雄大, 山根悠, 鬼丸孝博, 志村恭通, 松本拓真, 前田和大, 佐藤仁, 梅尾和則, 高畠敏郎, 廣瀬陽代, 寺嶋太一, 菊川直樹, 宇治進也
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] 非磁性基底二重項をとる立方晶PrMgNi4における結晶場励起と四極子自由度の消失 (2020)
  • 著者名/発表者名: 草ノ瀬優香, 鬼丸孝博, 朴景培, 山根悠, 梅尾和則, 高畠敏郎, T. Guidi, D. Le, D. T. Adroja
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] 反強磁性体NdCo2Zn20の磁気ゆらぎが誘起する一次相転移と磁気構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山本理香子, 山根悠, 鬼丸孝博, 梅尾和則, 志村恭通, F. Damay, J.-M. Mignot, D. Le, D. T. Adroja, 高畠敏郎
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] Pressure-induced magnetic ordered phase in the chiral compound YbNi3Ga9 studied by Hall effect and magneto-resistance under pressures up to 12 GPa (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Umeo
  • 学会等名: V International workshop of Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exotic Spin Structures (DMI2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Presure-Induced Magnetic Ordered Phases in the Chiral Compound YbNi3Ga9 Studied by Hall Resistivity and Magnetoresistance Measurements under Pressures up to 12 GPa (2019)
  • 著者名/発表者名: Yudai Arai, K. Umeo, T. Onimaru, T. Takabatake, S. Nakamura, and S. Ohara
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 希土類金属間化合物YbNi3Al9のキラルらせん磁気秩序に対する圧力効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 太田 善彦, 梅尾 和則, 大瀧 拓弥, 新井 雄大，鬼丸 孝博，中村 翔太，大原 繁男
  • 学会等名: 第13回物性科学領域横断研究会
• [学会発表] YbCuS2の磁場誘起リエントラント相転移 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大曲 雄大, 山根 悠, 鬼丸孝博, 山本理香子, 梅尾和則, 志村恭通, 高畠敏郎
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 希土類内包カゴ状化合物RNi2Mg20 (R = Pr, Nd) における結晶場効果と相転移 (2019)
  • 著者名/発表者名: 草ノ瀬 優香, 鬼丸 孝博, 山根 悠, 梅尾和則, 高畠敏郎
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Nd希薄系Y1-xNdxCo2Zn20における非フェルミ液体的挙動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本 理香子, 山根 悠, 鬼丸 孝博, 梅尾 和則, 志村 恭通, 高畠 敏郎
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Pr希薄系Y(Pr)T2Zn20 (T = Ir, Co)における非フェルミ液体的挙動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山根 悠, 鬼丸 孝博, 志村 恭通, 梅尾和則, 高畠 敏郎
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] キラル磁性体YbNi3Al9の磁気秩序相に対する圧力効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大瀧拓弥, 新井雄大, 梅尾和則, 鬼丸孝博, 高畠敏郎, 中村翔太, 大原繁男
  • 学会等名: 日本物理学会2019年春季大会
• [学会発表] キラル化合物YbNi3Ga9の圧力誘起磁気秩序相：圧力12 GPaまでのホール効果と磁気抵抗 (2019)
  • 著者名/発表者名: 新井雄大, 大瀧拓弥, 梅尾和則, 鬼丸孝博, 高畠敏郎, 中村翔太, 大原繁男
  • 学会等名: 日本物理学会2019年春季大会
• [学会発表] Pressure-induced magnetic phases in YbNi3Ga9 with a chiral crystal structure: AC-calorimetric measurements up to 12 GPa (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Umeo, T. Otaki, Y. Arai, S. Ohara, T. Takabakate
  • 学会等名: American Physical Society, March Meeting 2019
• [学会発表] 磁場中比熱測定によるキラル化合物YbNi3Ga9の圧力誘起磁気秩序 (2018)
  • 著者名/発表者名: 新井雄大, 大瀧拓弥, 梅尾和則, 高畠敏郎, 大原繁男
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 12 GPaまでの交流法比熱測定によるキラル磁性体YbNi3Ga9の圧力誘起磁気秩序の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 梅尾 和則，新井 雄大，大瀧 拓弥，高畠 敏郎，大原 繁男
  • 学会等名: 第59回高圧討論会