新規カゴ状希土類ホウ化物の超高圧合成と極限条件物性

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05431
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 伊賀 文俊 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (60192473)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 超高圧合成 / 近藤半導体 / 価数揺動 / 超伝導 / 多極子 / トポロジカル物性

研究実績の概要

本研究の目的は、これまで多彩な強相関電子系の舞台として多くの研究がなされてきた希土類(R)六ホウ化物RB6および十二ホウ化物RB12で、未だ作成されていない空白の化合物を、超高圧合成の手法により創り出し、新規の強相関物性を見出すことである。特に注目されるのは、重い電子系、価数揺動、多極子秩序、近藤半導体、超伝導であり、近年ではトポロジカル物性等も期待される。具体的にはCeB12、PrB12、TmB6が開発目標である。また常圧下で作成されているトポロジカル近藤半導体であるYbB12に、Ca２価イオン置換が可能であるか、その物性はどのようなものかを明らかにする。RB12はこれまでRが３価もしくは４価のものしか見出されておらず、いずれも金属的性質を示す。
2価のCaB12が存在すれば電気伝導的には絶縁体と予想される。置換系ではキャリア伝導を担うキャリアが減っていくので近藤半導体状態がどのような影響を受けるかは極めて興味深いテーマである。このため、当該研究では茨城大学に設置したドイツ製の最大１０００トン荷重可能な高圧発生装置を駆使して物質開発に取り組んだ。3年間で最高発生圧力を当初の14GPaから30年度では20GPaまで更新に成功した。それにより（１）SmB12の創成条件確立、（２）近藤半導体Yb1-xCaxB12作製（最大x=0.3）、（３）Tm1-xCaxB6（最大x=0.4)作製に成功した。これらの成果は物理学会、国際シンポジウム、論文で発表した。（４）Y1-xCexB12やY1-xPrxB12の作製（最大x=0.1）成功でCeB12、PrB12作製には30～40GPaの圧力が必要ということがわかった。圧力の上昇はアンビルサイズの適正縮小化により達成可能で、現在25GPaまで発生可能となった。この技術開発によりCeB12,PrB12を開発に目途が立った。

研究成果

• [国際共同研究] Slovak Academy of Science(スロバキア)
  • 国名: スロバキア
  • 外国機関名: Slovak Academy of Science
• [国際共同研究] University of Michigan/Los Alamos National Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Michigan/Los Alamos National Laboratory
• [国際共同研究] University Bilingue du Congo(コンゴ共和国)
  • 国名: コンゴ共和国
  • 外国機関名: University Bilingue du Congo
• [国際共同研究] Nanjing University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Nanjing University
• [国際共同研究] University of Oxford(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Oxford
• [雑誌論文] Magnetic and Electrical Transport Properties of TmxR1-xB6 (R = Ca and Yb) Produced by Using High-Pressure Synthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Fumitoshi IGA, Wataru HIRANO, Wataru MATSUHRA, Hiroyuki NAKAYAMA, Shoya KIKUCHI, Takayuki YAMADA, Akihiro KONDO, Koichi KINDO, Tohru IRIFUNE, and Tohru SHIMMEI
  • 雑誌名: JPS Conference proceedings 巻: 25 ページ: 011016(1-8)
  • DOI: 10.7566/JPSCP.25.011017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Surface electronic structure of SmB6(111) (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Ohtsubo, Kenta Hagiwara, Chengwei Wang, Ryu Yukawa, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Wataru Hirano, Fumitoshi Iga, Shin-ichi Kimura
  • 雑誌名: Physica B 巻: 536 ページ: 75-77
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.09.033
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temperature and pressure dependences of Sm valence in intermediate valence compound SmB6 (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Emi, T. Mito, N. Kawamura, M. Mizumaki, N. Ishimatsu, G. Pristas, T. Kagayama, K. Shimizu, Y. Osanai, F. Iga
  • 雑誌名: Physica B 巻: 536 ページ: 197-199
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.09.053
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic-ordering propagation vectors of Terbium hexaboride revisited (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Iwasa, F. Iga, T. Moyoshi, A. Nakao, T. Ohhara
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 064705(1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.064705
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Kondo-like behavior near the magnetic instability in SmB6:Temperature and pressure dependences of the Sm valence (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Emi, N. Kawamura, M. Mizumaki, T. Koyama, N. Ishimatsu, G. Pristas, T. Kagayama, K. Shimizu, Y. Osanai, F. Iga and T. Mito
  • 雑誌名: Physical Review B, Rapid Communications 巻: 97 ページ: 161116R(1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.161116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic-Field-Induced Kondo Metal Realized in YbB12 (2018)
  • 著者名/発表者名: Taku T. Terashima, Yasuhiro H. Matsuda, Yoshimitsu Kohama, Akihiko Ikeda, Akihiro Kondo, Koichi Kindo, Fumitoshi Iga
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 ページ: 257206(1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.257206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantum oscillations of electrical resistivity in an insulator (2018)
  • 著者名/発表者名: Z. Xiang, Y. Kasahara, T. Asaba, B. Lawson, C. Tinsman, Lu Chen, K. Sugimoto, S. Kawaguchi, Y. Sato, G. Li, S. Yao, Y. L. Chen, F. Iga, John Singleton, Y. Matsuda, Lu Li
  • 雑誌名: Science 巻: 362 ページ: 65-69
  • DOI: 10.1126/science.aap9607
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Non-magnetic element substitution effect in Kondo insulator YbB12 and exotic surface effect in this alloy system (2018)
  • 著者名/発表者名: F. Iga, K. Yokomichi, W. Matsuhra, H. Nakayama, A. Kondo, K. Kindo, and H. Yoshizawa
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 8 ページ: 101335(1-5)
  • DOI: 10.1063/1.504579
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Divalent ion substitution effect on Yb-site in Kondo insulator YbB12 (2018)
  • 著者名/発表者名: W. Matsuhra, K. Yokomichi, W. Hirano, S. Kikuchi, N. Uematsu, H. Nakayama, A. Kondo, K. Kindo, and F. Iga
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 8 ページ: 101329(1-4)
  • DOI: 10.1063/1.5043111
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 白色中性子ホログラフィーによる希土類化合物での原子構造へのドープ効果の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大山研司, 上地昇一, 金澤雄輝, 福本陽平, 杉本和哉, 山本隆文, 八方直久, 林好一, 原田正英, 及川健一, 稲村泰弘, 松浦航, 伊賀文俊
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] YbB12(001)単一表面の軌道敏感STM観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮町俊生, 岩田孝太, 飯盛拓嗣, 大坪嘉之, 木村真一, 伊賀文俊, 小森文夫
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] YbB12の超強磁場磁化過程の温度依存性 III (2019)
  • 著者名/発表者名: 柿田頼輝, 松田康弘, 伊賀文俊
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] 新規希土類12ホウ化物 (Y,R)B12 ( R = Ce, Pr, Nd ) の高圧合成と物性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊賀文俊, 松浦航, 中山裕之, 山田貴大, 竹森氷馬, 新名亨, 入舩徹男, 西山宣正, 松尾晶, 松田康弘, 金道浩一
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] 点接合分光法を用いた近藤絶縁体SmB6の電子状態測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 原田琢良, 志賀雅亘, 沖村健吾, 伊賀文俊, 稲垣祐次, 河江達也
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] CeB6のゼロ磁場下11B-NQRと弱磁場下11B-NMRによる研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中太知, 宮元慧介, 森弘希, 上田光一, 中井祐介, 水戸毅, 伊賀文俊
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会（2019年）
• [学会発表] 新規希土類12ホウ化物の合成の挑戦 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊賀文俊
  • 学会等名: 第6回愛媛大学先進超高圧科学研究拠点(PRIUS)シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 国際NPDシンポジウム(STNPD-2019) (2019)
  • 著者名/発表者名: Fumitoshi Iga
  • 学会等名: Material Design of Novel Rare-Earth Dodecaborides by High-Prssure Synthesis
• [学会発表] Material development of rare-earth dodecaborides by high-pressure synthesis and recently advanced topics on Topological Kondo Insulator YbB12 (2019)
  • 著者名/発表者名: Fumitoshi Iga
  • 学会等名: International workshop ECMP2019
  • 招待講演
• [学会発表] 超強磁場におけるYbB12の磁場誘起近藤金属相 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松田康弘, 寺島拓, 小濱芳允, 池田暁彦, 近藤晃弘, 金道浩一, 伊賀文俊
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] 近藤半導体合金Yb1-xRxB12(R=Lu, Zr, Sc, Y)の磁性・伝導・熱物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊賀文俊, 松浦航, 中山裕之, 横道啓政, 近藤晃弘, 松尾晶, 金道浩一, 松田康弘
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] 近藤絶縁体YbB12のCa置換による状態密度の増大効果(2) (2018)
  • 著者名/発表者名: 松浦航, 植松直之, 横道啓省, 平野航, 中山裕之, 近藤晃弘, 金道浩一, 伊賀文俊
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] CeB6の11B-NQR測定による研究II (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮元慧介, 森弘希, 田中太知, 上田光一, 水戸毅, 伊賀文俊
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] 近藤絶縁体YbB12の超強磁場磁化過程の温度依存性 II (2018)
  • 著者名/発表者名: 柿田頼輝, 松田康弘, 伊賀文俊
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] Magnetic and electrical transport properties of Tm R1- B6 (R = Ca and Yb) produced by using high-pressure synthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumitoshi Iga
  • 学会等名: 3rd International Symposium of Quantum Beam Science at Ibaraki University in 2018
• [学会発表] Point-contact Andreev reflection spectroscopy of Ce compound/superconductor interface (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Shiga, H. Takata, Y. Inagaki, F. Iga, Y. Onuki and T. Kawae
  • 学会等名: International Conference on magnetism 2018 (ICM 2018)
• [学会発表] Divalent ion substitution effect on Yb-site in Kondo Insulator YbB12 (2018)
  • 著者名/発表者名: W. Matsuhra, K. Yokomichi, W. Hirano, S. Kikuchi, N. Uematsu, H. Nakayama, A. Kondo, K. Kindo and F. Iga
  • 学会等名: International Conference on magnetism 2018 (ICM 2018)
• [学会発表] Fermi surface of the topological Kondo insulator SmB6 from various aspects (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohtsubo, Y. Yamashita, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira, K. Miyamoto, T. Okuda, W. Hirano, F. Iga and S. Kimura
  • 学会等名: International Conference on magnetism 2018 (ICM 2018)
• [学会発表] Non-magnetic element substitution effect in Kondo insulator YbB12 and exotic surface effect in this alloy system (2018)
  • 著者名/発表者名: F. Iga, W. Matsuhra, H. Nakayama, W. Hirano, K. Yokomichi, A. Kondo, K. Kindo and H. Yoshizawa
  • 学会等名: International Conference on magnetism 2018 (ICM 2018)
• [備考] 茨城大学重点研究 研究概要
  • URL: https://www.ibaraki.ac.jp/generalinfo/activity/researching/juuten/15_07_juten_iga.pdf
• [備考] 理・伊賀文俊教授と京大などのグループ、絶縁体の量子振動の観測に成功「Science」に成果掲載
  • URL: http://www.ibaraki.ac.jp/news/2018/08/301755.html
• [備考] 強磁場中で重い電子を発見、近藤絶縁体の磁場中電子状態を解明
  • URL: http://www.ibaraki.ac.jp/news/2018/06/211524.html