研究課題
走査型磁気顕微鏡を用いて時間反転対称性の破れたワイルフェルミオン物質Mn3Snで期待されているベリー位相由来の（遍歴）軌道磁化を直接観測することに取り組んだ。この軌道磁化は、一般的に知られているスピン磁化と異なる空間分布を示す。そこで我々は、試料の各場所における局所磁化を精密に評価することで、スピン磁化から遍歴的な軌道磁化を抽出することに世界で初めて成功した。本研究によって軌道磁化とスピン磁化が互いに逆方向を向いていることが分かり、この結果は第１原理計算による理論とよく一致している。また、先行研究の異常ホール伝導度が温度を下げるにつれて増大するので、軌道磁化も低温で大きくなることが期待されていた。幅広い温度領域（室温から低温）で局所磁化を測定した結果、低温で軌道磁化が増大することを確認した。現在これらの内容をまとめており、近日中に論文を投稿する予定である。さらに本年度は、κ-H3(Cat-EDT-TTF)2がどのようなメカニズムで量子スピン液体状態を実現しているのかを解明するために、元素置換系であるκ-H3(Cat-EDT-d4-TTF)2とκ-H3(Cat-EDSe-TTF)2の研究を行った。元素置換を行うことで、プロトンの量子揺らぎを系統的にコントロールすることができる。熱伝導率・トルク測定から、プロトン揺らぎがスピン液体状態を安定化するために重要な役割を果たしている結果が得られた。上記の内容は、既に物理学会などで発表した。今後、ESR・誘電率測定・走査型SQUID顕微鏡による局所磁化測定などを行うことで、Cat系で実現している量子スピン液体状態についてより詳細に調べる予定である。
2: おおむね順調に進展している
走査型磁気顕微鏡を用いて、時間反転対称性の破れたワイルフェルミオン物質Mn3Snの研究を行い、ベリー位相由来の（遍歴）軌道磁化を直接観測することに世界で初めて成功した。本来予定していた超伝導研究とは大きくかけ離れてしまったが、時間反転対称性の破れたワイルフェルミオン物質の研究は緊急性を要するものでありやむを得なかった。ただ上記の研究により、走査型磁気顕微鏡による局所磁化測定は超伝導研究以外にも有用であることを示すことができた。さらにMn3Snの研究で、走査型磁気顕微鏡に関する多くのノウハウを手に入れることができた。これは、今後の超伝導研究を円滑に進めて行く上で非常に重要である。以上から、本研究の進捗状況は良好であると言える。
今後は、走査型磁気顕微鏡を用いて、銅酸化物高温超伝導体やウラン化合物の超伝導研究を行う。銅酸化物高温超伝導体に関しては、擬ギャップと超伝導の関連性を明らかにするために、超伝導相内に擬ギャップ（相）に関する量子臨界点が存在するかどうかなどを確かめる予定である。ウラン化合物に関しては、時間反転対称性の破れに伴う自発磁化の直接観測を行うつもりである。
本年度は当初の予定とは異なり、液体ヘリウムをほとんど使わなかった。そのため、来年度のヘリウム代に回すためお金を残している。
液体ヘリウム代、TMR（磁気センサー）を購入する予定である。
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Phys. Rev. Lett.
巻: 118 ページ: 145902
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