| 研究領域 | ハイパーマテリアル：補空間が創る新物質科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H04597
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
渡辺 真仁 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (40334346)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 準結晶 / 近似結晶 / 結晶場 / 磁気異方性 / 非共線・非共面磁気構造 / 磁気秩序 / 希土類 / 希土類原子 / 動的磁気構造因子 / ２０面体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
希土類系準結晶と近似結晶の結晶場を理論的に解明し、結晶場基底状態の磁気異方性を明らかにする。磁気異方性の効果を取り入れた有効磁気模型を構築し、20面体、近似結晶、準結晶の磁気構造を解明する。
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| 研究実績の概要 |
準結晶は周期性をもたず、５回回転対称性などの周期結晶では許されない特有の対称性をもつ。よく知られているように５回回転対称性は結晶の並進対称性と両立しないことから、これまでによく確立している結晶点群のもとでの結晶場の理論が適用できないため、結晶場の理論が存在せず、電子状態の理解を妨げていた。
そこで、本研究ではAu-SM-Dy系準結晶(SM=Al, Ga, Si, Ge)および近似結晶の結晶場を点電荷モデルに基づいて理論解析を行った。Tsai型クラスター内のDy原子の周りの局所原子配置について、Dy3+イオンと配位子イオンとの静電相互作用を表す結晶場ハミルトニアンを等価演算子法により全角運動量演算子で定式化した。Dy3+イオンは4f電子が９個の電子配位をもち、フント則によれば全角運動量J=15/2の基底多重項をもつ。配位子のAuイオンとSMイオンの遮蔽された価数の比をパラメーターとして、結晶場ハミルトニアンを対角化し、結晶場エネルギーと固有状態を求めた。さらに、得られた結晶場基底状態を用いて磁気モーメントの主軸、すなわち磁気容易軸を計算した。
その結果、AuイオンとSMイオンの価数の比がある敷居値より小さい場合には磁気容易軸はDy原子を含む鏡映面に垂直方向を向くのに対し、閾値より大きい場合には鏡映面内を向くことがわかった。さらに、AuイオンとSMイオンの価数の比が増えるにつれて磁気容易軸が鏡映面内を回転し、擬５回対称軸に近づいていくことがわかった。この結果は、３元化合物Au-SM-Dyの非希土類元素の組成比を変化させることで磁気異方性を制御できる可能性を示唆している。
本理論研究により、最近実験で観測されたAu-Ga-Dy系準結晶の強磁性秩序の磁気構造を理解するための理論の礎が築かれた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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