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2019 年度 実施状況報告書

Dirac電子系の巨大反磁性の制御と新奇秩序相の探索

研究課題

研究課題/領域番号 18K03545
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

中井 祐介  兵庫県立大学, 物質理学研究科, 准教授 (90596842)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードDirac電子 / 反磁性
研究実績の概要

本研究では、特異なDirac電子状態(ノーダルライン半金属)を持つと期待されるPtSn4とその関連物質において、Dirac電子と巨大反磁性の関係や、Dirac電子の電子相関・スピン軌道相互作用の変化がおよぼす影響などを明らかにすることを目的としている。本年度は、以下のことを行った。
(1)PtサイトをPdに元素置換することで電子相関・スピン軌道相互作用の変更が期待できることから、前年度にPdSn4の単結晶を合成した。このPdSn4単結晶試料に対して、今年度は主に119Sn核のNMR測定を進めてきた。角度分解光電子分光実験からは、PdSn4とPtSn4の間には多くの違いが報告されている一方、これまでに得られた119Sn-NMRの結果からはPtSn4とPdSn4はどちらもDirac電子系に特徴的な振る舞いを示すことがわかりつつある。今後は、PtSn4とさらに詳しい比較を行うために、より広い温度範囲と異なる磁場方向の119Sn-NMR、およびPd-NMR測定を計画している。
(2)圧力下でDirac電子状態を示すと考えられる黒リンのNMR測定にも取り組んだ。この系は、圧力下でDirac電子状態となることが期待されているものの、これまでそのエネルギーバンド構造を実験的に測定することが難しかった。そこで我々は、高圧下で電子状態密度の情報が得られる核スピン格子緩和率(1/T1)の測定を行い、黒リンの半導体および半金属状態におけるエネルギーバンド構造をNMR法を用いて研究してきた。さらに、第一原理計算で求めたエネルギーバンド構造をもとに1/T1の温度・圧力依存性の実験結果の再現に成功した。この結果から、静水圧力により黒リンのバンドギャップの大きさのみが減少し、フェルミエネルギー近傍のエネルギーバンド形状自体にはほとんど変化がないことを明らかにした。

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

単結晶PdSn4のNMR測定は順調に進んでいる。また、ノーダルライン半金属の可能性を含むDirac電子系物質である黒リンでも興味深い実験結果が出てきているため。

今後の研究の推進方策

引き続きPdSn4単結晶に対するNMR測定を行うこと以外にも、エネルギーバンド計算を行い電子状態を調べることを予定している。PdSn4とPtSn4で得られた実験結果と合わせて比較し、この系の電子状態の理解を進めたい。
一方、黒リンは臨界圧力近傍のDirac電子状態がPtSn4と同じノーダルラインDirac電子である可能性が理論研究から指摘されており、比較対象としても興味深い系である。理論計算から、3次元Dirac電子とノーダルラインDirac電子の形成という2つのシナリオが黒リンに対して提案されている。しかし、両者は状態密度のエネルギー依存性が類似しているため、輸送実験では区別することが困難であり、どちらのシナリオが正しいのか、いまだ決着していない。そこで、磁場による状態密度の変化に着目し、黒リンにおけるDirac電子の性質の解明を試みたい。

次年度使用額が生じた理由

昨年度末に稼働を開始した液体窒素再凝縮装置のおかげで、液体窒素用の寒剤費が削減できたため。一方、液体ヘリウムの購入費用は高止まりが続いているため、液体ヘリウム用の寒剤費に充てることを計画している。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Pressure-induced evolution of band structure in black phosphorus studied by P31 NMR2020

    • 著者名/発表者名
      Fujii T.、Nakai Y.、Akahama Y.、Ueda K.、Mito T.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 ページ: 161408-1~5

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.161408

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 31P-NMR Study of Black Phosphorus under Hydrostatic Pressure2020

    • 著者名/発表者名
      Fujii T.、Nakai Y.、Akahama Y.、Ueda K.、Mito T.
    • 雑誌名

      JPS Conf. Proc.

      巻: 30 ページ: 011015-1~4

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSCP.30.011015

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pressure-induced Nonmagnetic?Magnetic Transition in SmS Observed by 33S-NMR2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Shogo、Yamada Haruhiko、Koyama Takehide、Nakai Yusuke、Ueda Koichi、Mito Takeshi、Kitagawa Kentaro、Haga Yoshinori
    • 雑誌名

      JPS Conf. Proc.

      巻: 29 ページ: 012008-1~4

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSCP.29.012008

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel Dynamical Properties in the Zero-Field Antiferroquadrupole Ordered State of CeB62020

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Taichi、Mori Hiroki、Miyamoto Keisuke、Nakai Yusuke、Ueda Koichi、Iga Fumitoshi、Mito Takeshi
    • 雑誌名

      JPS Conf. Proc.

      巻: 30 ページ: 011153-1~4

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSCP.30.011153

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Low-Energy Fluctuations Toward Structural Transition in YbPd Inferred from 105Pd NMR2020

    • 著者名/発表者名
      Nakai Y.、Nakanishi R.、Fujii T.、Hirata M.、Oyama K.、Mitsuda A.、Ueda K.、Wada H.、Mito T.
    • 雑誌名

      JPS Conf. Proc.

      巻: 30 ページ: 011140-1~4

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSCP.30.011140

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature dependence of the Seebeck coefficient for mixed semiconducting and metallic single-wall carbon nanotube bundles2019

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Daisuke、Nakai Yusuke、Kyakuno Haruka、Miyata Yasumitsu、Yanagi Kazuhiro、Maniwa Yutaka
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 ページ: 015001~015001

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1882-0786/ab547b

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of single-wall carbon nanotube networks2019

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Daisuke、Nakai Yusuke、Kyakuno Haruka、Hongo Naoya、Miyata Yasumitsu、Yanagi Kazuhiro、Maniwa Yutaka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 ページ: 075003~075003

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab2408

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic Field Effect on s-wave Superconductor LaRu4P12 Studied by 31P-NMR2019

    • 著者名/発表者名
      Kinjo Katsuki、Kitagawa Shunsaku、Nakai Yusuke、Ishida Kenji、Sugawara Hitoshi、Sato Hideyuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 ページ: 065002~065002

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.065002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Regulated Single‐Axis Rotations of a Carbonaceous Guest in a van?der Waals Complex with an Entropy Cost2019

    • 著者名/発表者名
      Matsuno Taisuke、Nakai Yusuke、Maniwa Yutaka、Someya Maki、Sato Sota、Isobe Hiroyuki
    • 雑誌名

      Chemistry An Asian Journal

      巻: 15 ページ: 273~278

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/asia.201901638

    • 査読あり
  • [学会発表] 圧力誘起ディラック半金属物質黒リンのNMR測定による研究II2020

    • 著者名/発表者名
      藤井拓斗,中井祐介,上田光一,赤浜裕一,水戸毅,長谷川泰正
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
  • [学会発表] NMR, NQR測定を用いたvan der Waals型層状超伝導体NaSn2As2の研究2020

    • 著者名/発表者名
      中西祥太, 中井祐介, 上田光一, 水戸毅, 後藤陽介, 水口佳一
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
  • [学会発表] TmB4が示す複雑な磁気相図のNMR測定による研究2020

    • 著者名/発表者名
      宮元慧介, 坂本真一, 森弘希, 中井祐介, 上田光一, 水戸毅, G. Pristas, S. Gabani, K. Flanchbart, N. Shitsevalova
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
  • [学会発表] REB6 (RE=Ce,Sm)における低エネルギー磁気揺らぎ -B-NQR,B-NMR測定による研究-2020

    • 著者名/発表者名
      田中太知, 中井祐介, 上田光一, 水戸毅, 伊賀文俊
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
  • [学会発表] 高圧下33S-NMR測定によるSmSの圧力誘起非磁性-磁性転移研究 II2020

    • 著者名/発表者名
      吉田章吾, 山田陽彦, 小山岳秀, 中井祐介, 上田光一, 水戸毅, 北川健太郎, 芳賀芳範
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
  • [学会発表] 31P-NMR study of black phosphorusunder hydrostatic pressure2019

    • 著者名/発表者名
      T. Fujii, Y. Nakai, Y. Akahama, K. Ueda and T. Mito
    • 学会等名
      SCES2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Valence fluctuations in the mixed valence compound YbPd: insights from high-field NMR2019

    • 著者名/発表者名
      R. Nakanishi, T. Fujii ,Y. Nakai, K. Ueda, M. Hirata, K. Oyama, A. Mitsuda, H. Wada, and T.Mito
    • 学会等名
      SCES2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel dynamical properties in the zero-field antiferroquadrupole ordered state of CeB62019

    • 著者名/発表者名
      T. Mito, T. Tanaka, K. Miyamoto, H. Mori, Y. Nakai, K. Ueda, and F. Iga
    • 学会等名
      SCES2019
    • 国際学会
  • [学会発表] NMR Sudy of Phase Transitions in Lu5Ir4Si102019

    • 著者名/発表者名
      K. Ueda, T. Katsuyama, Y. Nakazawa, Y. Nakai, T. Mito, T. Kohara, and S. Ramakrishnan
    • 学会等名
      SCES2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 圧力誘起ディラック半金属物質黒リンのNMR測定による研究2019

    • 著者名/発表者名
      藤井拓斗, 中井祐介, 上田光一, 赤浜裕一, 水戸毅
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [学会発表] 高圧下33S-NMR測定によるSmSの圧力誘起非磁性-磁性転移研究2019

    • 著者名/発表者名
      吉田章吾, 山田陽彦, 小山岳秀, 中井祐介, 上田光一, 水戸毅, 北川健太郎, 芳賀芳範
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [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II2019

    • 著者名/発表者名
      田中太知, 宮元慧介, 森弘希, 中井祐介, 上田光一, 水戸毅, 伊賀文俊
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [学会発表] 金属ナノ粒子における量子サイズ効果の研究2019

    • 著者名/発表者名
      岩本海大, 藤井拓斗, 小山岳秀, 白津太助, 上田光一, 中井祐介, 水戸毅, 八尾浩史
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [学会発表] 単層カーボンナノチューブ薄膜の熱電物性:温度依存性2019

    • 著者名/発表者名
      林大介, 客野遥, 宮田耕充, 中井祐介, 真庭豊
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [備考] 兵庫県立大学 物質理学研究科 電磁物性学講座webサイト

    • URL

      https://sites.google.com/view/u-hyogo-nmr/home

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公開日: 2021-01-27  

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