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2017 年度 実績報告書

フラストレーションが創るスピンテクスチャ

研究課題

研究課題/領域番号 17H06137
研究機関大阪大学

研究代表者

川村 光  大阪大学, 理学研究科, 教授 (30153018)

研究分担者 南部 雄亮  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
鳴海 康雄  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (50360615)
富安 啓輔  東北大学, 理学研究科, 助教 (20350481)
青山 和司  大阪大学, 理学研究科, 助教 (00623133)
研究期間 (年度) 2017-05-31 – 2022-03-31
キーワードフラストレーション / スピンテクスチャ / カイラリティ / Z2渦 / スカーミオン
研究実績の概要

スカーミオン格子実現の候補物質と考えている磁場下のNiGa2S4において、その磁場温度相図を確立するため、最大60Tまでのパルス強磁場下における磁気熱量効果と磁化過程の詳細な温度依存性の測定を行った。また、ハミルトニアンの高次項の観測を目指した中性子散乱実験を行った。今後、強磁場下でのESRや中性子実験を行ってゆく予定である。スカーミオンを直接観察するための強磁場中性子小角散乱実験を行うための磁場発生装置と冷凍機の開発を進めた。
Z2渦を実現する有力な候補物質NaCrO2について、良質で大量の粉末試料を合成する条件を確立し、FZ法と各種フラックス法を用いて単結晶育成条件を探索した。また、その他の三角とハニカム構造物質群を探索し、候補を選定した。以上の評価と合成に必要なリアルタイムX線ラウエ回折計・TG-DT分析計・高温炉を購入・整備した。Z2渦の観測を念頭に、三角格子最近接反強磁性ハイゼンベルグモデルおいて、線形応答理論に基づいてスピン伝導率・熱伝導率の数値的解析を行い、スピン伝導率の縦成分がZ2渦転移温度付近で大きな異常を示すことを明らかにした。今後、Z2渦転移とスピン伝導度の関連について、より詳細な解析を行う予定である。
3角格子と同様の3回対称性を持つハニカム格子磁性体についても、次近接相互作用等でフラストレーションを導入すると、大変興味深い新奇な秩序が実現され得る。いくつかの典型的なフラストレーション・パラメータ値に対し、対応するハイゼンベルグモデル系の磁場-温度相図を求め、カイラリティの正負が交播するカイラリティ密度波が形成されるdouble-Q相や、波紋状にスパイラルが伝播する"ripple相"などの、特異な多重Q秩序状態を新たに見出した。対応する実験系の探索を、今後進めていく予定である。

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

サンプル作成は順調に進んでおり、高磁場測定に対する準備と予備実験についても、概ね計画通り進んでいる。理論面からも、輸送性質やダイナミクスの数値計算が可能な状態になり、これまでの主たる対称モデル系であった3角格子系を、ハニカム格子系等に拡張する計算も順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

今後は、理論と実験の協力を一層緊密化しつつ、いよいよ中性子実験を開始するとともに、輸送測定やESR等の新しいプローブを用いた測定も実施していく。またZ2渦やスカーミオンの候補物質についても、前年度に上がった候補物質について、さらなる検討を進める。理論面からは、3角格子系に対して輸送現象、ダイナミクスの計算を進めつつ、3角格子系以外の系についても、トポロジカル励起、スピンテクスチャ由来の新現象の探査を行う。

  • 研究成果

    (40件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 4件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 5件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Cluster-Based Haldane State in an Edge-Shared Tetrahedral Spin-Cluster Chain: Fedotovite K2Cu3O(SO4)32018

    • 著者名/発表者名
      M. Fujihala, T. Sugimoto, T. Tohyama, S. Mitsuda, R. A. Mole, D. H. Yu, S. Yano, Y. Inagaki, H. Morodomi, T. Kawae, H. Sagayama, R. Kumai, Y. Murakami, K. Tomiyasu, A. Matsuo, and K. Kindo
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 120 ページ: 077201/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.120.077201

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] “Finite-temperature crossover phenomenon in the S=1/2 antiferromagnetic Heisenberg model on the kagome lattice”2017

    • 著者名/発表者名
      T. Shimokawa and H. Kawamura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 85 ページ: 113702/1-4

    • DOI

      10.7566/JPSJ.85.113702

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] “Randomness-Induced Quantum Spin Liquid Behavior in the s = 1/2 Random J1&J2 Heisenberg Antiferromagnet on the Honeycomb Lattice”2017

    • 著者名/発表者名
      K. Uematsu and H. Kawamura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 86 ページ: 044704/1-12

    • DOI

      10.7566/JPSJ.86.044704

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal stability and irreversibility of skyrmion-lattice phases in Cu2OSeO32017

    • 著者名/発表者名
      K. Makino, J.D. Reim, D. Higashi, Y. Nambu, D. Okuyama, T.J. Sato, E.P. Gilbert, N. Booth, S. Seki, and Y. Tokura
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 ページ: 134412/1-10

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.95.134412

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Impact of minute-time-scale kinetics on the stabilization of the skyrmion-lattice in Cu2OSeO32017

    • 著者名/発表者名
      J.D. Reim, K. Makino, D. Higashi, Y. Nambu, D. Okuyama, T.J. Sato, E.P Gilbert, N. Booth, and S. Seki
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 828 ページ: 012004/1-7

    • DOI

      10.1088/1742-6596/828/1/012004

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a polarized 3He neutron spin filter for POLANO at J-PARC2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ino, M. Ohkawara, K. Ohoyama, T. Yokoo, S. Itoh, Y. Nambu, M. Fujita, H. Kira, H. Hayashida, K. Hiroi, K. Sakai, T. Oku, and K. Kakurai
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 862 ページ: 012011/1-11

    • DOI

      10.1088/1742-6596/862/1/012011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coulomb Correlations Intertwined with Spin and Orbital Excitations in LaCoO32017

    • 著者名/発表者名
      K. Tomiyasu, J. Okamoto, H. Y. Huang, Z. Y. Chen, E. P. Sinaga, W. B. Wu, Y. Y. Chu, A. Singh, R.-P. Wang, F. M. F. de Groot, A. Chainani, S. Ishihara, C. T. Chen, and D. J. Huang
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 119 ページ: 196402/1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.119.196402

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetic Properties of Electron-Doped LaCoO32017

    • 著者名/発表者名
      K. Tomiyasu, M. Sato, S. Koyama, T. Nojima, R. Kajimoto, S. Ji, and K. Iwasa
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 86 ページ: 094706/1-6

    • DOI

      10.7566/JPSJ.86.094706

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Small crystal distortion and long-range antiferro-orbital ordering in the spinel oxide CoV2O42017

    • 著者名/発表者名
      H. Ishibashi, S. Shimono, K. Tomiyasu, S. Lee, S. Kawaguchi, H. Iwane, H. Nakao, S. Torii, T. Kamiyama, and Y. Kubota
    • 雑誌名

      Phy. Rev. B

      巻: 96 ページ: 144424/1-10

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.96.144424

    • 査読あり
  • [学会発表] “Novel order, topological excitations and spin textures”2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Kawamura
    • 学会等名
      TMS-EPiQS - 2nd alliance workshop: Topological magnets and topological superconductors,
    • 招待講演
  • [学会発表] “フラストレーションが創るスピンテクスチャ”2018

    • 著者名/発表者名
      川村光
    • 学会等名
      兵庫県立大学フロンティア機能物質創製センターシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] “ランダム磁気異方性を持つ3次元ハイゼンベルグスピングラスにおけるレプリカ対称性の破れ”2018

    • 著者名/発表者名
      新田竣祐、川村光
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
  • [学会発表] “ランダムを有するs =1/2 パイロクロア格子ハイゼンベルグ反強磁性体における低温量子磁気状態”2018

    • 著者名/発表者名
      上松和樹、川村光
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
  • [学会発表] “強-反強磁性相互作用を持つs=1/2 3角格子ランダムハイゼンベルグモデルにおけるランダムシングレット状態とスピングラス状態”2018

    • 著者名/発表者名
      幸城秀彦、川村光
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
  • [学会発表] 三角格子反強磁性体NiGa2S4におけるパルス強磁場下磁気熱量効果測定2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤和樹, 鳴海康雄, 小濱芳允, 南部雄亮, 金道浩一, 萩原政幸
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] Magnetic excitations in YIG: Neutron scattering study2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nambu
    • 学会等名
      Reimei/GP-Spin/ICC-IMR International Workshop “New Excitations in Spintronics”
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] カイラル磁性絶縁体Cu2OSeO3における磁気スキルミオンの中性子小角散乱2018

    • 著者名/発表者名
      南部雄亮
    • 学会等名
      2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • 招待講演
  • [学会発表] Current Status of the Powder Diffractometer HERMES stationed at the JRR-3 Reactor2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nambu, M. Ohkawara, Y. Ikeda, K.M. Suzuki, and M. Fujita
    • 学会等名
      Kick-off Symposium for World Leading Research Centers -Materials Science and Spintronics-
    • 国際学会
  • [学会発表] マルチプローブで視た鉄系梯子型物質の動的磁性2018

    • 著者名/発表者名
      南部雄亮
    • 学会等名
      2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [学会発表] フラストレートスピン1/2ラダーRb2Cu2Mo3O12に現れるスピン1ハルデンギャップと強誘電性2018

    • 著者名/発表者名
      上田宏, 小野田繁樹, 山口泰弘, 木村剛, 吉澤大智, 森岡俊晶, 萩原政幸, 萩原雅人, 左右田稔, 益田隆嗣, 榊原俊郎, 富安啓輔, 河村聖子, 中島健次, 梶本亮一, 中村充孝, 稲村泰弘, 長谷正司, 安井幸夫
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] ペロブスカイト型酸化物LaCoO3とLa(Co0.99Ni0.01)O3の弾性異常2018

    • 著者名/発表者名
      岡田竜一, 渡辺忠孝, 富安啓輔
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] LaCoO3の単結晶非弾性中性子散乱研究2018

    • 著者名/発表者名
      富安啓輔, 小林義彦, 古府麻衣子, 川村聖子, 石原純夫
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] “Quantum spin liquid induced by frustration and randomness ”2017

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Kawamura,
    • 学会等名
      Junjiro Kanamori Memorial International Symposium-New Horizon of Magnetism-”
    • 招待講演
  • [学会発表] “J1-J2 古典ハニカム格子ハイゼンベルグ反強磁性体に現れる多重q秩序状態”2017

    • 著者名/発表者名
      下川統久朗、川村光
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] “パイロクロア格子上の量子ハイゼンベルグ反強磁性体におけるランダムネスの効果”2017

    • 著者名/発表者名
      上松和樹、川村光:
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] “ブリージングパイロクロア反強磁体における局所格子歪みと磁場効果”2017

    • 著者名/発表者名
      青山和司、川村光
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] 先端強磁場計測とスカーミオン格子の探索2017

    • 著者名/発表者名
      鳴海康雄
    • 学会等名
      International workshop Frontiers in Strongly Correlated Electron System
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 三角格子反強磁性体NiGa2S4 のパルス強磁場下熱測定2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤和樹, 鳴海康雄, 小濱芳允, 南部雄亮, 金道浩一, 萩原政幸
    • 学会等名
      強磁場研究会「強磁場コラボラトリーが拓く未踏計測領域への挑戦と物質・材料科学の最先端」
  • [学会発表] Magnetic dynamics in the iron-based ladder compound BaFe2Se32017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nambu, K.M. Suzuki, H. Okabe, A. Koda, R. Kadono, S. Imaizumi, K. Hashizume, T. Aoyama, Y. Imai, and K. Ohgushi
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical magnetism in the iron-based ladder compound BaFe2Se3 through multi-probe techniques2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nambu, K.M. Suzuki, S. Imaizumi, K. Hashizume, T. Aoyama, Y. Imai, and K. Ohgushi
    • 学会等名
      28th International Conference on Low Temperature Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] 中性子とミュオンでみた鉄系梯子型物質BaFe2Se3の動的磁性2017

    • 著者名/発表者名
      南部雄亮、鈴木謙介、羽合孝文、長尾道弘、横尾哲也、伊藤晋一、岡部博孝、幸田章宏、門野良典、今泉聖司、橋詰和樹、青山拓也、今井良宗、大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [学会発表] 複合アニオン研究に中性子が貢献できること2017

    • 著者名/発表者名
      南部雄亮
    • 学会等名
      第7回CSJ化学フェスタ2017
    • 招待講演
  • [学会発表] 中性子を用いた複合アニオン化合物の磁性研究2017

    • 著者名/発表者名
      南部雄亮
    • 学会等名
      日本磁気学会第215回研究会/第61回化合物新磁性材料専門研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 研究用原子炉JRR-3の粉末回折計HERMESの現状と結晶・磁気構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      南部雄亮、大河原学、池田陽一、鈴木謙介、藤田全基
    • 学会等名
      第133回金属材料研究所講演会
  • [学会発表] JRR-3に設置された粉末回折計HERMESの現状2017

    • 著者名/発表者名
      南部雄亮、大河原学、池田陽一、鈴木謙介、藤田全基
    • 学会等名
      日本中性子科学会第17回年会
  • [学会発表] Sc置換LaCoO3における磁化と体積磁歪 スピン状態転移近傍に現れる励起子絶縁体の候補物質としての検討2017

    • 著者名/発表者名
      富安啓輔, 伊藤菜緒子, 岡崎竜二, 高橋佑生, 岩佐和晃, 野島勉, 青山拓也, 石原純夫, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] 元素置換したLuCoO3の磁性と電気伝導2017

    • 著者名/発表者名
      長内一将, 富安啓輔, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] 超高分解能粉末中性子回折によるスピネルCuCr2O4の磁気構造2017

    • 著者名/発表者名
      富安啓輔, Sanghyun Lee, 石橋広記, 高橋佑生, 鳥居周輝, 神山崇
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] ペロブスカイト型酸化物LaCoO3とLa(Co1-xNix)O3の弾性異常2017

    • 著者名/発表者名
      岡田竜一, 渡辺忠孝, 富安啓輔
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [備考] 特別インタビュー物理の「美しさ」に導かれて(東北大学 南部雄亮)

    • URL

      http://www.imr.tohoku.ac.jp/kinken-mapping/00-201707.html

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公開日: 2018-12-17  

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