| 研究領域 | J-Physics：多極子伝導系の物理 |
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| 研究課題/領域番号 |
15H05885
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
網塚 浩 北海道大学, 理学研究院, 教授 (40212576)
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| 研究分担者 |
楠瀬 博明 明治大学, 理工学部, 専任教授 (00292201)
藤 秀樹 神戸大学, 理学研究科, 教授 (60295467)
高阪 勇輔 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任助教 (60406832)
中尾 裕則 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (70321536)
御領 潤 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (70365013)
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| 研究期間 (年度) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| キーワード | 多極子伝導系 / 拡張多極子 / 強相関電子系 / 奇パリティ多極子 / トロイダル秩序 / パリティの自発的破れ / カイラリティ / 物質開発 |
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| 研究実績の概要 |
本計画研究では、複数の原子サイトにまたがって構成される「拡張された多極子」による秩序状態とダイナミクスを実験・理論の両面から解明し、新たな物質機能を開拓することを目指している。奇パリティ多極子系の典型物質と目されるUNi4Bについて、電流誘起磁化の精密測定から、試料依存性の確認も含め、非対角応答が疑いなく発現していることを確認した。また単結晶でのNMRを初めて行い、スペクトルの顕著な異方性と特異な緩和の存在を見出した。さらに国際共同研究として大型単結晶の作成に成功し、中性子散乱等による微視的測定を開始した。同様の研究が他の物質においても精力的に進められている。また、これらに並行して、共鳴軟X線散乱とX線回折顕微鏡法を組合せた奇パリティ多極子相のイメージング手法の開発も進展している。本領域で整備したレーザー加熱浮遊帯溶融炉を用いて奇パリティ多極子物性の舞台となるカイラル磁性体(Fe,Co)Siの片手系大型単結晶の作製に成功し、中性子散乱実験が進行中である。また、ErNi3Ga9、RBe13、R1M3X 9、R2M3X 9、RMSi（R=希土類, M=Ir, Rh）等の単結晶の合成を進めた。理論研究では、層状カルコゲナイド物質を念頭に置いた奇パリティ多極子系の光学応答選択則を導出、並びにハニカム構造Co化合物の特異な電気磁気応答の微視的模型に基づく理解の構築を行った。また、擬２次元および3次元系におけるp-波超伝導のうち、トポロジカルな状態に対してはそのトポロジー的構造を起源とするフィードバック機構が存在することを示した。さらに奇パリティ多極子秩序が引き起こす磁気輸送や非線形・非対角応答現象を記述するモデルの構築に着手し、内因性ホール効果やその他の磁気光学現象、集団励起の予想に関する理論構築を進展させた。
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| 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
おおむね計画通りに研究は進んでいる。特に反強磁性金属において、UNi4Bに限らず複数の物質で電流誘起磁化現象が見出されたことは、実験が十分に信頼できるものであることを示すと同時に、現象の理解を進展させる重要な成果である。特に、局所的反転対称性の破れた系における非対角電磁応答の実験において、単純に理論と合致しない結果も出てきており、意義深い差異と捉えている。これによって実験的には結晶や磁気構造のより精密な構造解析のプロセスが新たに必要となったが、現実の系の結晶構造と発現する物性および拡張多極子との関係性について、より深い理解を導く可能性が期待される。拡張多極子という新しい概念に対する理論的な定式化も完成し、今後の物質開発の指針として活用することが可能となった。同時に奇パリティ多極子系で期待される種々の動的応答の理論構築も進み、実験研究の進展を促すなど、理論と実験がうまく噛み合って進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究目的達成に向けて、これまでの研究を継続・発展させるとともに新たに以下の研究に着手する。UNi4Bについて、試料形状を変えた電流下精密磁化測定およびNMRを用いた局所磁場測定を進め、研究を完成させる。並行して放射光X線回折による結晶構造解析および中性子回折実験による磁気構造解析の再評価を行い、本系の電気磁気応答の起源を解明する。新たに見出したCeRh2Si2における電流誘起磁化異常について、試料形状を変えて同様の巨視的、微視的研究を展開し、起源の解明を目指す。CePd2Ga、RMn2X2 (R = Ce, La; X = Si, Ge) 、Ce(Ru,Rh)2Al10の単結晶についても同様に電磁公差相関を調べる。引き続き、奇パリティ磁気多極子系やウラン化合物系での共鳴磁気散乱研究を進めるとともに、共鳴軟X線コヒーレント回折イメージング手法の開発を進める。A01、B01と連携し、ジグザグ構造およびカイラル構造を有する奇パリティ拡張多極子系物質の開発を進めるとともに、これらの系に発現する量子伝導異常や揺らぎを調べる。レーザーFZ炉を用いて自然界では生成不可能とされる逆手系結晶構造を有する無機キラル磁性体の生成を目指す。合成された系の精密電子構造解析を放射光X線回折を用いて行う。新たにロータリーキルン炉を用いて新規不斉結晶育成手法の開発・分析を行う。拡張多極子の概念を用いた第一原理磁気構造データベース構築と非対角物性予測に関する理論を進展させる。異方的超伝導体のフィードバック機構に関して、多軌道構造など現実の系におけるより豊富な電子の内部自由度を反映させた形へと一般化する。また、時間反転対称性を破る多極子秩序に関するカー効果や他極子秩序に対するフィードバック効果についての理論構築を進める。
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