結晶の空間反転対称性に着目した強相関化合物の超高圧下における新奇量子現象の探索（国際共同研究強化）

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15KK0149
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 本多 史憲 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (90391268)
• 研究期間 (年度): 2016 – 2018
• キーワード: 強相関f電子系 / 空間反転対称性 / 高圧下物性

研究実績の概要

f電子を持つ希土類・アクチノイド化合物は，磁気・電荷・多極子秩序，異方的超伝導など特色ある量子物性の宝庫である．またf電子系化合物の新物質探索、新奇量子現象の発見、電子物性の発現メカニズムの解明は純良単結晶育成に始まり、多彩な実験手段を用いることで初めて可能となる。そのためには国内の１グループだけで大きく進展させることは難しい。本研究では、f電子系の磁性や伝導現象に関するマクロ物性測定、及び量子振動測定などの微視的手段を用いた研究に関して伝統と組織力のあるチェコのカレル大学、チェコ科学アカデミー物理学研究所、フランス原子力庁、フランス国立強磁場研究所とで国際共同研究を行い、スピーディーかつ効率的に研究を推進している。今年度の研究実績は以下の通りである．
昨年度、単結晶育成に成功した結晶構造に空間反転対称姓をもたないBaNiSn3型正方晶UIrSi3の低温、磁場中における物性を電気抵抗、比熱、磁化測定などから明らかにした.TN=42Kの反強磁性体UIrSi3は25K以下でc軸方向に磁場をかけると一次のメタ磁性転移を示す。この転移は昇磁過程と消磁過程で非対称な磁化の飛びを示しており、反転対称性のない結晶構造と関係していると考えられる．第一報としてPhysical Review B誌に論文を投稿し最近受理された.より詳細な物性の解明のため、高純度の出発原料を用いて、UIrSi3の帯溶融法による２度目の単結晶育成を行ない、結晶の直径や育成速度を調整して、より均一で質の良い単結晶を得ることができた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

UIrSi3の磁気相図、低温での一次のメタ磁性が二次のメタ磁性転移に変わることを明らかにし、低温相では特異な磁気ヒステリシスが現れることを見出し、これが反転対称性を持たない結晶構造を反映していると考えている。これを明らかにするために中性子回折実験による磁気構造の決定はとても重要であり、２０１７年度にフランスのラウエランジュバン研究所で中性子回折実験を行う予定であったが、燃料棒のトラブルにより約半年間に渡り研究炉が停止した影響で、この実験が２０１８年度以降にずれ込むことになった。これを受けて、先に圧力下での実験を行うこととし、三重点（28K, 5.8T）が圧力でどのように変化していくかを調べたところ圧力とともに高温、低磁場へシフトすることがわかってきた。
幾何学的にフラストレートした結晶構造を持つCe2MgSi2の強磁場物性測定を行なったことで、これまでの中性子回折実験の結果と合わせて現在国際共著論文を執筆しているところである。
今年度は上記の原子炉に関するトラブルもありフランスに渡航できず、フランス側との共同研究がやや遅れていることもあり、来年度は長めに滞在して研究を進めたい。

今後の研究の推進方策

UIrSi3の磁気構造の解明のための中性子回折実験に着手する。現在、国内の研究炉は停止中であり、J-Parcはウラン化合物の取扱許可がないことから国内でウラン化合物の中性子回折実験を行うことはできない。フランスのラウエ＝ランジュバン研究所の研究炉での中性子回折実験のプロポーザルが2017年度に認められているので、原子炉が利用可能になる2018年度早々に単結晶を用いた中性子回折実験を行う予定である。また超高圧下における物性実験も進めていく。最終年度になるためこれまでの研究に関する論文の執筆など研究総括も進めていく.さらに、これまでの国際共同研究の成果発表および最新の情報の収集のため、2018年7月にプラハで国際シンポジウムを開催する予定である。（シンポジウムのWebページ：　http://kfkl.cz/pcfes/tokimeki-2018）

研究成果

• [雑誌論文] Pressure-induced valence change and moderate heavy fermion state in Eu-compounds (2018)
  • 著者名/発表者名: Honda Fuminori、Okauchi Keigo、Sato Yoshiki、Nakamura Ai、Akamine Hiromu、Ashitomi Yosuke、Hedo Masato、Nakama Takao、Takeuchi Tetsuya、Valenta Jaroslav、Prchal Jiri、Sechovsky Vladimir、Aoki Dai、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Physica B: Condensed Matter 巻: 536 ページ: 182～191
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.09.094
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Consecutive magnetic phase diagram of UCoGe-URhGe-UIrGe system (2018)
  • 著者名/発表者名: Pospisil Jiri、Haga Yoshinori、Miyake Atsushi、Kambe Shinsaku、Tateiwa Naoyuki、Tokunaga Yo、Honda Fuminori、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Tokunaga Masashi、Aoki Dai、Yamamoto Etsuji
  • 雑誌名: Physica B: Condensed Matter 巻: 536 ページ: 532～534
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.10.050
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Switching of magnetic ground states across the UIr1－x Rhx Ge alloy system (2017)
  • 著者名/発表者名: Jiri Pospisil, Yoshinori Haga, Shinsaku Kambe, Yo Tokunaga, Naoyuki Tateiwa, Dai Aoki, Fuminori Honda, Ai Nakamura, Yoshiya Homma, Etsuji Yamamoto, Tomoo Yamamura
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 95 ページ: 155138 1-15
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.155138
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 強磁性体EuRu2P2の圧力下物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本多史憲, Zubac Jan, Prchal Jiri, 佐藤芳樹, 仲村愛, 青木大, 赤嶺拡, 安次富洋介, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦, Sechovsky Vladimir
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会(2018年)
• [学会発表] Single crystal growth and physical properties of AnTSi3 compounds(An = actinide, T = transition metal) (2017)
  • 著者名/発表者名: F. Honda, Y. Sato, A. Nakamura, J. Valenta, M. Valiska，B. Vondrackova，P. Opletal， J. Kastil，J. Prchal, T. Yamamura, Y. Onuki, V. Sechovsky, and Dai Aoki
  • 学会等名: ACTINIDE 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Pressure-induced valence change and moderate heavy fermion state in Eu-compounds (2017)
  • 著者名/発表者名: Fuminori HONDA, Keigo OKAUCHI, Yoshiki SATO, Ai NAKAMURA, Hiromu AKAMINE, Yosuke ASHITOMI, Masato HEDO, Takao NAKAMA, Yoshichika ONUKI, Miho NAKASHIMA, Yasushi AMAKO, Tetsuya TAKEUCHI, Time TAHARA, Takanori KIDA, Masayuki HAGIWARA, Jaroslav VALENTA, Jiri
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metamagnetic transition in UIrSi3 single crystal (2017)
  • 著者名/発表者名: Jaroslav VALENTA, Fuminori HONDA, Michal VALISKA, Jiri KASTIL, Kristina VLASKOVA, Petr OPLETAL, Jiri PRCHAL, Vladimir SECHOVSKY
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Single crystal growth and peculiar magnetic properties of UIrSi3 (2017)
  • 著者名/発表者名: F. Honda, A. Nakamura, J. Valenta, M. Valiska，B. Vondrackova, P. Opletal, J. Kastil, J. Prchal, V. Sechovsky, and Dai Aoki
  • 学会等名: J-Physics 2017: International Workshop on Multipole Physics and Related Phenomena
  • 国際学会
• [学会発表] Pressure effect on metamagnetic transition in UIrSi3 (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Valenta, F. Honda, J. Kastil, J. Prchal and V. Sechovsky
  • 学会等名: EHPRG 2017
  • 国際学会
• [備考] 国際シンポジウムのWebページ
  • URL: http://kfkl.cz/pcfes/tokimeki-2018