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キラル分子が誘起する新規な超伝導機能の計測と解明

公募研究

研究領域高密度共役の科学:電子共役概念の変革と電子物性をつなぐ
研究課題/領域番号 23H04014
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関東北大学

研究代表者

木俣 基  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20462517)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2024年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード超伝導スピントロニクス / キラル分子 / 非相反伝導
研究開始時の研究の概要

本研究では分子構造が空間反転対称性を破るキラル分子がインターカレーションされた層状超伝導体において、キラル分子と超伝導電流の相互作用に起因する新規な超伝導体の機能性の検証と物理機構の解明を行う。
本研究はキラル分子科学と超伝導物質科学、さらには強磁場科学という従来にない異分野融合によって初めて成されるものである。
この異分野融合によって、キラル分子科学の領域を大きく拡大すると同時に、キラル分子の誘起する新たな機能性を提案する。

研究実績の概要

本研究ではキラル分子を導入した超伝導体において、超伝導電流の非相反性など超伝導体の新たな機能性を探索することを目的とする。
これまでにキラル分子をインターカレートした層状超伝導体において極低温領域の電気伝導測定を行い、超伝導転移近傍で電流の非相反性を観測した。この結果はキラル分子の導入によって誘起された超伝導状態が、超伝導電流の非相反性という新たな機能性を持つことを示しており、分子物質科学において大きな学術的意義を有する。
また、キラルな結晶構造を持つ半導体において、非相反抵抗の磁場依存性を調べた結果、非相反抵抗が高磁場で飽和、減少する振る舞いを見出した。この結果は、磁場に対して単調に増加すると考えられていた非相反抵抗の従来の理解とは異なるものであり高い新規性を有する。この振る舞いを理解する物理機構として、スピン軌道相互作用によってスピン偏極したフェルミ面の形状が磁場の印加によって変化するモデルを提案し、第一原理計算と合わせてこのモデルが妥当であることを示した。
さらに、大きな反磁性を示すディラックコーン型のバンド分散を持つ分子性導体において、反磁性磁化率の大きくなる電荷密度波領域で、キャリアの移動度が非常に大きくなることを強磁場中の電気伝導測定から見出した。この結果は、巨大反磁性が発現する背景に超高移動度な電子状態が存在することを示している。高いキャリア移動度を持つ分子性物質の探索は基礎科学のみならず応用面からも重要な課題であり、本研究による新たな候補物質の発見は大きな意義を有する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

キラル分子を導入した超伝導体において、超伝導転移近傍で電流の非相反性を確認できた点、またキラルな構造をもつ半導体において従来の理解では説明できない新規な振る舞いを観測し、それを説明するモデルを構築した。さらに常圧下において大きなキャリア移動度を示す分子性物質を見出しため。

今後の研究の推進方策

キラル分子を導入した超伝導体を中心に、結晶に対する電流方位依存性や、強磁性電極を用いたスピントロニクス計測により、クーパー対のスピン偏極状態の検証などを行う。それらの実験によって、キラル分子科学とスピントロニクス、超伝導物性といった異分野融合研究の創出に貢献する。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Field Induced Multiple Superconducting Phases in UTe2 along Hard Magnetic Axis2023

    • 著者名/発表者名
      Sakai H.、Tokiwa Y.、Opletal P.、Kimata M.、Awaji S.、Sasaki T.、Aoki D.、Kambe S.、Tokunaga Y.、Haga Y.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 130 号: 19 ページ: 196002-4

    • DOI

      10.1103/physrevlett.130.196002

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Surface anisotropic magnetoresistance in the antiferromagnetic semiconductor <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Cr</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Sb</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math>2023

    • 著者名/発表者名
      Kurea Nakagawa, Motoi Kimata, Tomoyuki Yokouchi, Yuki Shiomi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 107 号: 18 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/physrevb.107.l180405

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin Hall magnetoresistive detection of easy-plane magnetic order in the van der Waals antiferromagnet NiPS32023

    • 著者名/発表者名
      Sugi Kohki、Ishikawa Takuto、Kimata Motoi、Shiota Yoichi、Ono Teruo、Kato Takeo、Moriyama Takahiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 号: 6 ページ: 064434-064434

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.064434

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Valley polarization dependence of nonreciprocal transport in a chiral semiconductor2023

    • 著者名/発表者名
      Sudo Kenta、Yanagi Yuki、Takahashi Takeshi、Huynh Kim-Khuong、Tanigaki Katsumi、Kobayashi Kaya、Suzuki Michi-To、Kimata Motoi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 号: 12 ページ: 125137-125137

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.125137

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Anomalous vortex dynamics in the spin-triplet superconductor UTe22023

    • 著者名/発表者名
      Tokiwa Y.、Sakai H.、Kambe S.、Opletal P.、Yamamoto E.、Kimata M.、Awaji S.、Sasaki T.、Yanase Y.、Haga Y.、Tokunaga Y.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 号: 14 ページ: 144502-144502

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.144502

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] α-Fe2O3/Pt多層膜におけるスピンポンピング効果と起電力2024

    • 著者名/発表者名
      服部冬馬, 福岡爽人A, 川喜田圭祐A, 石川裕也A, 山口裕資A, 菊池彦光A, 藤井裕A, 木俣基B, 木村尚次郎B, 菅大介C, 大江純一郎D, 増田啓人, 森山貴広
    • 学会等名
      日本物理学会2024春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Fe-NbS2における超伝導の増強2024

    • 著者名/発表者名
      延兼啓純A, B, 高橋杏介A, 宇野瑛莉香A, 田畑裕一A, 木俣基D, 丹田聡B, C
    • 学会等名
      日本物理学会2024春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 反強磁性金属SrMnBi2における磁気圧電効果の非相反抵抗測定による観測2024

    • 著者名/発表者名
      宮本雄哉, 酒井英明, 木俣基A, 村川寛, 花咲徳亮
    • 学会等名
      日本物理学会2024春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 奇パリティ磁気多極子系LaMnSiの磁気輸送現象2024

    • 著者名/発表者名
      種岡輝, 青山拓也, 木俣基A, 谷田博司B, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会2024春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 空間反転対称性の破れた反強磁性体EuIr4In2Ge4の微細加工と電気伝導測定2024

    • 著者名/発表者名
      横山旭A, 仲地立B, 本間佳哉A, 仲村愛A, 清水悠晴A, 李徳新A, 三宅厚志A, 本多史憲C, 青木大A, 松田達磨B, 大貫惇睦B, D, 木俣基A
    • 学会等名
      日本物理学会2024春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 反強磁性半導体CrSb2の表面状態における異方性磁気抵抗効果2023

    • 著者名/発表者名
      仲川久礼亜, 木俣基, 横内智行, 塩見雄毅
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ジグザグ反強磁性体NdRu2Al10における非相反電気抵抗2023

    • 著者名/発表者名
      須藤健太, 谷田博司, 柳有起, 木俣基
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 層状ディラック電子系Ba1-xSrxMnBi2における極性構造とスピン・バレー結合状態の制御2023

    • 著者名/発表者名
      近藤雅起, 酒井英明, 山田暉馨, 木俣基, 徳永将史, 三宅厚志, 木下雄斗, 村川寛, 花咲徳亮
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 分子性モット絶縁体表面に光誘起された二次元超伝導相における量子グリフィス特異性2023

    • 著者名/発表者名
      陳彬, 橋本顕一郎, 木俣基, 佐々木孝彦, 関修平, 山本浩史, 須田理行
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] UTe2における異常ボルテックス状態2023

    • 著者名/発表者名
      常盤欣文, 酒井宏典, 神戸振作, Petr Opletal, 山本悦嗣, 木俣基, 淡路智, 佐々木孝彦, Y. Yanase, 芳賀芳範, 徳永陽
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] UTe2純良単結晶の強磁場下での精密輸送測定2023

    • 著者名/発表者名
      木俣基
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 微細加工した反強磁性金属EuMnBi2における直流電流下での磁気圧電効果の検証2023

    • 著者名/発表者名
      宮本雄哉, 酒井英明, 木俣基, 越智正之, 近藤雅起, 村川寛, 花咲徳亮
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Enhanced Anomalous Hall Effect Caused by Magnetic Fluctuation at the Vicinity of Field-Reentrant Superconductivity in UTe22023

    • 著者名/発表者名
      M. Kimata, Y. Shimizu, A. Nakamura, D.X. Li, Y. Homma1, S. Sugiura1, F. Honda1, 2, T. Sasaki1, D. Aoki1
    • 学会等名
      SCES2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spontaneous Non-reciprocal Resistance in a Zig-zag Antiferromagnet NdRu2Al102023

    • 著者名/発表者名
      K. Sudo, H. Tanida, Y. Yanagi, M. Kimata
    • 学会等名
      SCES2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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