| 研究課題/領域番号 |
15K13509
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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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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 強相関電子系 / 物性実験 / 物性理論 / 電気磁気効果 |
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| 研究実績の概要 |
奇パリティ拡張多極子の一つであるトロイダルモーメントが整列した系において理論的に予想された新奇な電気磁気効果を実験で検証することが本研究の目的である。現実の強的トロイダル秩序系として最有力候補である層状ウラン化合物UNi4Bの単結晶を用い、層に垂直にトロイダルモーメントが整列した低温秩序相において電流によって磁化が誘起される現象、およびゼロ磁場で電流の自乗に比例してホール電場が発生する現象の理論予想に関する検証を進めてきた。2015年度の実験から確かに電流誘起磁化現象が本系で生じることを確認したが、電流方向と誘起磁化の異方性に理論と整合しない事実があることがわかった。そのため、本系のトロイダル秩序構造を先ずしっかり確認する必要があることがわかった。そこで、2016年度は放射光X線回折を用いた精密結晶構造解析および中性子回折実験を用いた磁気構造解析に着手した。X線回折の結果、本系の結晶構造は、過去に２例報告されている構造のうち対称性の低い直方晶構造である可能性が高まった。しかし、実験結果は構造がさらに低対称化している可能性も示しており、現在、よりよい条件下で実験を継続している。中性子回折実験については、日本国内では規制によって実施できないため、国際共同研究を進め、海外にて大型単結晶を作製することに成功した。フランスとドイツの中性子実験施設の共同利用に採択され、2017年度に実験を開始する予定である。
2016年度は、更に別の希土類化合物２種についても新たに電流誘起磁化の測定を行った。その結果、これらの系においても同様の現象が生じていることが明かとなった。特に一方の物質では、温度変化によって生じる磁気秩序構造の変化に対応して電流誘起磁化が変化する振る舞いが明らかになり、同現象の起源を探る上で重要な物質となり得ることを示した。
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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
概ね予定通りに進展している。UNi4Bの電流誘起磁化については、試料依存性も含めて同現象が確かに存在することを明かにした。放射光X線を用いたUNi4Bの結晶構造の同定はあと一歩のところにあり、また日本国内では現在、実施不可能なウラン化合物の中性子散乱実験について国際協力体制を構築してこれを進めることができた。さらに、興味深い電流磁気効果を示す物質を発見し、次の展開を導いた。
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| 今後の研究の推進方策 |
・UNi4Bの精密結晶構造解析を完成させる。磁気構造を再評価し、結晶構造と合わせて本系のトロイダル秩序構造を同定する。
・ホールプローブを用いた表面磁化測定システムを完成し、新たに発見した系も含めて電流誘起磁化の異方的性質を明らかにする。
・昨年度に引き続きホール効果異常の理論予想の検証実験を進める。
・トロイダルモーメントを内包する物質の探索を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験の進展により、新たにUNi4BのB（質量数10）を中性子の吸収が少ない同位体、B（質量数11）に置換した試料を合成する必要性が2017年2月に生じた。このB同位体の最適な調達先の調査に予想以上の日数を要した結果、年度内の完了が困難となった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
引き続きB同位体の調達先を検討しているが、高額でかつ納期が遅いなどの問題がある。譲渡してくれる研究者を探すことも考慮し、2017年5月中には結論を出したい。購入可能な場合には本予算を充当する。購入不可能な場合には、昨年度までの研究の進展によって新たに合成の必要性が生じている物質に必要な貴金属元素ロジウムの購入に充当する。
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