量子液晶の精密計測

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 量子液晶の物性科学
• 研究課題/領域番号: 19H05824
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 花栗 哲郎 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (40251326)
• 研究分担者: 佐藤 卓 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70354214) ; 笠原 成 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (10425556) ; 芝内 孝禎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00251356) ; 清水 康弘 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (00415184) ; 廣理 英基 京都大学, 化学研究所, 准教授 (00512469) ; 和達 大樹 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (00579972)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: 量子液晶 / ネマティシティ / 超伝導 / 量子スピン系 / 走査型トンネル顕微鏡 / 輸送特性 / 超高速分光

研究実績の概要

電荷液晶に関して、様々な物質で電荷液晶に関連する現象を見出した。カゴメ超伝導体CsV3Sb5における弾性抵抗測定および磁気トルク測定により、電流ループ秩序状態を示唆する奇パリティの量子液晶状態を見出した。また、分光イメージングSTMにより、ノーダルライン半金属ZrSiS、NaAlSiでそれぞれネマテック、スメクティックな電荷液晶状態を発見した。
スピン液晶に関しては、キタエフ量子スピン候補物質RuCl3におけるマヨラナ準粒子発現に関する知見が深まった。低エネルギー励起の磁場角度分解精密比熱測定を希釈冷凍機温度まで拡張した結果、熱ホール効果の符号反転と関連するギャップレス励起を見出した。この結果は、マヨラナ準粒子の存在を決定づける。この他、NMR実験を高純度試料や低磁場の磁気秩序相で行った。また、希土類化合物における量子スピン起源の結晶非整合磁気構造探索に成果があった。
電子対液晶では、いわゆるボゴリューボフフェルミ面が期待されている正方晶Fe(Se,S)の面内磁場下での強磁場輸送測定から、熱的渦糸液体から量子渦糸液体へのクロスオーバーと、ガウス型揺らぎとは異なる巨大な超伝導揺らぎの存在を明らかにした。また、グラフェン上に作製した単層NbSe2超伝導体のボゴリューボフ準粒子干渉効果から、グラフェンとNbSe2の捻り角によって超伝導状態を制御可能であることを発見した。
手法開発では、大型施設であるX線自由電子レーザーを用いないで軟X線領域の超高速時間分解測定を行うための実験室系高次高調波発生のビームライン建設を終え、実際に高次高調波の観測に成功した。60 eV程度までの軟X線パルスが得られている。また、THz-STMの時間分解能評価を行い、THzパルスのみで約30 pAのトンネル電流の直流成分が得られること、時間分解能250 fsが得られることを確認した。

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。

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。

研究成果

• [雑誌論文] Zero-point entropies of spin-jam and spin-glass states in a frustrated magnet (2024)
  • 著者名/発表者名: C. Piyakulworawat, A. Thennakoon, J. Yang, H. Yoshizawa, D. Ueta, T. J. Sato, K. Sheng, W.-T. Chen, W.-W. Pai, K. Matan, and S.-H. Lee
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 109 ページ: 104420
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.109.104420
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic Supramolecular Spherical Arrays: Direct Formation of Micellar Cubic Mesophase by Lanthanide Metallomesogens with 7‐Coordination Geometry (2024)
  • 著者名/発表者名: N. Komiyama, T. Ohkubo, Y. Maeda, Y. Saeki, N. Ichikuni, H. Masu, H. Kanoh, K. Ohara, R. Takahashi, H. Wadati, H. Takagi, Y. Miwa, S. Kutsumizu, K. Kishikawa, and M. Kohri
  • 雑誌名: Advanced Science 巻: 2024 ページ: 2309226
  • DOI: 10.1002/advs.202309226
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Majorana-fermion origin of the planar thermal Hall effect in the Kitaev magnet α-RuCl3 (2024)
  • 著者名/発表者名: K. Imamura, S. Suetsugu, Y. Mizukami, Y. Yoshida, K. Hashimoto, K. Ohtsuka, Y. Kasahara, N. Kurita, H. Tanaka, P. Noh, J. Nasu, E.-G. Moon, Y. Matsuda and T. Shibauchi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 10 ページ: eadk3539
  • DOI: 10.1126/sciadv.adk3539
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Defect-Induced Low-Energy Majorana Excitations in the Kitaev Magnet α-RuCl3 (2024)
  • 著者名/発表者名: K. Imamura, Y. Mizukami, O. Tanaka, R. Grasset, M. Konczykowski, N. Kurita, H.Tanaka, Y. Matsuda, M. G. Yamada, K. Hashimoto and T. Shibauchi
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 14 ページ: 011045
  • DOI: 10.1103/PhysRevX.14.011045
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of deterministic and cumulative nature in helicity-dependent optical switching of ferrimagnetic Gd-Fe-Co films (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Ohkochi, R. Takahashi, H. Fujiwara, H. Takahashi, R. Adamg, U. Parlakh, K. Yamamoto, H. Osawa, M. Kotsugi, A. Tsukamoto, H. Wadati, A. Sekiyama, C. M. Schneider, M. Tsunoda, S. Suga, T. Kinoshita
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 593 ページ: 171854-171854
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2024.171854
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tesla-class single-cycle terahertz magnetic field pulses generated with a spiral-shaped metal microstructure (2024)
  • 著者名/発表者名: K. Maruyama, Z. Zhang, M. Takumi, T. Satoh, M. Nakajima, Y. Kanemitsu and H. Hirori
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 17 ページ: 022004-022004
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ad2909
  • 査読あり
• [雑誌論文] 量子液晶揺らぎによる超伝導電子対形成の検証 (2024)
  • 著者名/発表者名: 石田 浩祐, 芝内 孝禎
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 79 ページ: 73-78
  • DOI: 10.11316/butsuri.79.2_73
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport evidence for twin-boundary pinning of superconducting vortices in FeSe (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Terashima, H. Fujii, Y. Matsushita, S. Uji, Y. Matsuda, T. Shibauchi, and S. Kasahara
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 109 ページ: 014518
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.109.014518
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for an odd-parity nematic phase above the charge-density-wave transition in a kagome metal (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Asaba, A. Onishi, Y. Kageyama, T. Kiyosue, K. Ohtsuka, S. Suetsugu, Y. Kohsaka, T. Gaggl, Y. Kasahara, H. Murayama, K. Hashimoto, R. Tazai, H. Kontani, B. Ortiz, S. Wilson, Q. Li, H. Wen, T. Shibauchi and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 20 ページ: 40-46
  • DOI: 10.1038/s41567-023-02272-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of spin dynamics of ferromagnets and antiferromagnets using the time structure of X-rays (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Wadati, K. Yamamoto
  • 雑誌名: JSAP Review 巻: 2023 ページ: 230217
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unraveling the magnetic structure of YbNiSn single crystal via crystal growth and neutron diffraction (2023)
  • 著者名/発表者名: H. C. Wu, A. Nakamura, D. Okuyama, K. Nawa, D. Aoki, and T. J. Sato
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 584 ページ: 171054-171054
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2023.171054
  • 査読あり
• [雑誌論文] X線の時間構造を利用した強磁性と反強磁性のスピンダイナミクス観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 和達 大樹, 山本 航平
  • 雑誌名: 応用物理 巻: 92 ページ: 606-611
  • DOI: 10.11470/oubutsu.92.10_606
• [雑誌論文] Magnetic structure and Kondo lattice behavior in CeVGe3: An NMR and neutron scattering study (2023)
  • 著者名/発表者名: C. Chaffey, H. C. Wu, Hanshang Jin, P. Sherpa, Peter Klavins, M. Avdeev, S. Aji, R. Shimodate, K. Nawa, T. J. Sato, V. Taufour, and N. J. Curro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 108 ページ: 115163
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.115163
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unusual crossover from Bardeen-Cooper-Schrieffer to Bose-Einstein-condensate superconductivity in iron chalcogenides (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizukami, M. Haze, O. Tanaka, K. Matsuura, D. Sano, J. Boeker, I. Eremin, S. Kasahara, Y. Matsuda, T. Shibauchi
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 6 ページ: 183
  • DOI: 10.1038/s42005-023-01289-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spin fluctuations from Bogoliubov Fermi surfaces in the superconducting state of S-substituted FeSe (2023)
  • 著者名/発表者名: Z.-Y. Yu, K. Nakamura, K. Inomata, X.-L. Shen, T. Mikuri, K. Matsuura, Y. Mizukami, S. Kasahara, Y. Matsuda, T. Shibauchi, Y. Uwatoko, N. Fujiwara
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 6 ページ: 175
  • DOI: 10.1038/s42005-023-01286-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expanded quantum vortex liquid regimes in the electron nematic superconductors FeSe1-xSx and FeSe1-xTex (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Culo, S. Licciardello, K. Ishida, K. Mukasa, J. Ayres, J. Buhot, Y.-T. Hsu, S. Imajo, M. W. Qiu, M. Saito, Y. Uezono, T. Otsuka, T. Watanabe, K. Kindo, T. Shibauchi, S. Kasahara, Y. Matsuda, N. E. Hussey
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 4150
  • DOI: 10.1038/s41467-023-39730-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear Quadrupole Resonance in Kitaev Quantum Spin Liquid Candidate Ru1-xOsxCl3 (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Ohashi, Y. Shimizu, K. Kataoka, D. Hirai, Z. Hiroi
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 38 ページ: 011131
  • DOI: 10.7566/JPSCP.38.011131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chiral superconductivity in UTe2 probed by anisotropic low-energy excitations (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Ishihara, M. Roppongi, M. Kobayashi, K. Imamura, Y. Mizukami, H. Sakai, P. Opletal, Y. Tokiwa, Y. Haga, K. Hashimoto, and *T. S hibauchi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 2966
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38688-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NMR Evidence for Majorana Gap in the Kitaev Quantum Spin Liquid (2023)
  • 著者名/発表者名: J. Yamamoto, Y. Nagai, T. Jinno, Y. Shimizu, T. Matsushita, Y. Kobayashi, M. Itoh, J. Nasu, Y. Motome
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 38 ページ: 011130
  • DOI: 10.7566/JPSCP.38.011130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two superconducting states with broken time-reversal symmetry in FeSe1-xSx (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuura, M. Roppongi, M. Qiu, Q. Sheng, Y. Cai, K. Yamakawa, Z. Guguchia, R. P. Day, K. M.Kojima, A. Damascelli, Y. Sugimura, M. Saito, T. Takenaka, K. Ishihara, Y. Mizukami, K. Hashimoto, Y. Gu, S. Guo, L. Fu, Z. Zhang, F. Ning, G. Zhao, G. Dai, C. Jin, J. W. Beare, G. M. Luke, Y. J. Uemura, and T. Shibauchi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 ページ: e2208276120
  • DOI: 10.1073/pnas.2208276120
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Growth of self-integrated atomic quantum wires and junctions of a Mott semiconductor (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Asaba, L. Peng, T. Ono, S. Akutagawa, I. Tanaka, H. Murayama, S. Suetsugu, A. Razpopov, Y. Kasahara, T. Terashima, Y. Kohsaka, T. Shibauchi, M. Ichikawa, R. Valenti, S. Sasa, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 ページ: eabq5561
  • DOI: 10.1126/sciadv.abq5561
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lattice constants and magnetism of L10-ordered FePt under high pressure (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Sawada, K. Okai, H. Fukui, R. Takahashi, N. Ishimatsu, H. Maruyama, N. Kawamura, S. Kawaguchi, N. Hirao, T. Seki, K. Takanashi, S. Ohmura, and H. Wadati
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 122 ページ: 152406
  • DOI: 10.1063/5.0139441
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic enhancement of lower critical field in ultraclean crystals of spin-triplet superconductor candidate UTe2 (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Ishihara, M. Kobayashi, K. Imamura, M. Konczykowski, H. Sakai, P. Opletal, Y. Tokiwa, Y. Haga, K. Hashimoto, and T. Shibauchi
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 5 ページ: L022002
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.L022002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] US-Japan Collaborative Research on Various Magnetic Materials (2024)
  • 著者名/発表者名: T. J. Sato
  • 学会等名: US-Japan Cooperative Program on Neutron Scattering Review Committee Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Non-mean-field-like gap formation in the ultra-nodal pairing state of tetragonal FeSe1-xSx (2024)
  • 著者名/発表者名: S. Kasahara, K. Akiba, Y. Kitanishi, K. Tanaka, H. Fujii, T.C. Kobayashi, T. Kihara
  • 学会等名: APS March Meeting 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Exotic pairing states in FeSe-based superconductors (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: Online Workshop: Frontiers on Unconventional Superconductivity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] FeSe系超伝導体における最近の進展 (2023)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「超伝導研究の発展と広がり」
  • 招待講演
• [学会発表] FeSe系超伝導体における新奇電子対状態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 第68回研究会『次世代の超伝導新現象・新デバイス』
  • 招待講演
• [学会発表] Thermodynamic evidence for Majorana excitations in the Kitaev magnet α-RuCl3 (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: MPI-UBC-UTokyo 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exotic pairing states in FeSe-based nematic superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: ICAM week of Science 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multi-q spin texture in the hexagonal quantum magnet Yb3Ru4Al12 (2023)
  • 著者名/発表者名: T. J. Sato, N. Kabeya, D. Okuyama, L. M. Debeer-Schmit, T. Hong, M. Avdeev
  • 学会等名: 4th Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting gap structure of tetragonal FeSe1-xSx under high pressures (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Kasahara
  • 学会等名: The 36th International Symposium on Superconductivity (ISS2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electronic nematicity investigated by spectroscopic-imaging STM (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Hanaguri
  • 学会等名: Fudan International Workshop on Complex Quantum Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超短パルスレーザー照射による 磁化スイッチング現象の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 和達大樹
  • 学会等名: HiSOR セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-q spin texture in the hexagonal quantum magnet Yb3Ru4Al12 (2023)
  • 著者名/発表者名: T. J. Sato, N. Kabeya, D. Okuyama, L. M. Debeer-Schmit, T. Hong, M. Avdeev
  • 学会等名: 2023 Taiwan Neutron Science Society Annual Meeting (TWNSS 2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] FeSe系超伝導体の圧力下電子相図 (2023)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 第64回高圧討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Nematicity and exotic pairing states in FeSe-based superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: Frontiers of Condensed Matter Physics (FCMP) Rice University Online Lectures
  • 招待講演
• [学会発表] Spin dynamics in ferromagnetic and antiferromagnetic thin films studied by ultrafast lasers (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Wadati
  • 学会等名: 第47回日本磁気学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Unusual BCS-BEC crossover and exotic superconducting states in FeSe-based materials (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: MultiSuper 2023 - Multicomponent Superconductivity and Superfluidity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超短パルスレーザー照射による酸化物薄膜の磁化スイッチング (2023)
  • 著者名/発表者名: 和達大樹
  • 学会等名: 高崎量子応用研究所、第660回高崎研オープンセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Long-Range Magnetic Order in the Quasicrystals and Approximants (2023)
  • 著者名/発表者名: T. J. Sato
  • 学会等名: Twenty-Sixth Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 鉄系超伝導体FeSe1-xSxにみるエキゾチック超伝導 (2023)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 学会等名: 研究会「強相関電子系のフロンティア」
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetic Floquet engineering with Tesla-class THz fields (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Hirori
  • 学会等名: Physics of Open Systems and Beyond (POS & BYD)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exotic pairing states with time-reversal symmetry breaking in FeSe-based nematic superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023（QLC2023）
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-q spin texture in the hexagonal quantum magnet Yb3Ru4Al12 (2023)
  • 著者名/発表者名: T. J. Sato
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023（QLC2023）
  • 国際学会
• [学会発表] Superconducting gap structure of tetragonal FeSe1-xSx under high pressures (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Kasahara
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023（QLC2023）
  • 国際学会
• [学会発表] Spin switching by terahertz Floquet engineering using Tesla-class fields in antiferromagnets (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Hirori
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023（QLC2023）
  • 国際学会
• [学会発表] Optically induced magnetization switching in NiCo2O4 thin films by using Ultrafast Lasers (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Wadati
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023（QLC2023）
  • 国際学会
• [学会発表] Chiral superconductivity in UTe2 probed by nodal gap structures (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: LANL-PSI Workshop on Correlated and Topological Quantum Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observation of Spin Switching via Magnetic Floquet State Induced by Tesla-class Terahertz Magnetic Fields (2023)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhang, K. Maruyama, T. Kurihara, M. Nakajima, T. Tachizaki, Y. Kanemitsu, and H. Hirori
  • 学会等名: Optica Nonlinear Optics Topical Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of Third-Harmonic Oscillation from Nonlinear Spin Precession Induced by Terahertz Magnetic Fields (2023)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhang, F. Sekiguchi, T. Moriyama, T. Satoh, Y. Mukai, K. Tanaka, T. Yamamoto, H. Kageyama, Y. Kanemitsu, and H. Hirori
  • 学会等名: Optica Nonlinear Optics Topical Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Nematic quantum critical points and unconventional superconducting states in Fe(Se/S/Te) (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: Superstripes 2023 Quantum in Complex Matter
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ordering in magnetic quasicrystals and approximants (2023)
  • 著者名/発表者名: T. J. Sato
  • 学会等名: The 15th International conference on quasicrystals
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Toward Unambiguous Identification of Majorana Zero Mode in the Vortex Core (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Hanaguri
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Topological and Correlated Matter
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 分光イメージング走査型トンネル顕微鏡 (2023)
  • 著者名/発表者名: 花栗哲郎, 幸坂祐生
  • 総ページ数: 156
  • 出版者: 共立出版
  • ISBN: 9784320035522