小型汎用パルス強磁場を用いた先端測定による強磁場物性開拓

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01832
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 井原 慶彦 北海道大学, 理学研究院, 講師 (80598491)
• 研究分担者: 柳澤 達也 北海道大学, 理学研究院, 教授 (10456353) ; 松井 一樹 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (20826226) ; 吉田 紘行 北海道大学, 理学研究院, 教授 (30566758) ; 福岡 脩平 北海道大学, 理学研究院, 助教 (80746561) ; 小濱 芳允 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90447524)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: パルス強磁場 / 核磁気共鳴 / 強磁場物性

研究実績の概要

研究の最終年度となる2022年度は、本研究期間を通して行ってきた研究をまとめて成果として公表すると共に、研究開始当初の計画を超える新物質について新たな研究の取り組みを開始した。
まず、継続して開発を行ってきた小型汎用パルス磁場発生装置、およびこれを用いたパルス磁場中核磁気共鳴分光装置については総説にまとめ公表した。さらに発展的な装置開発として、昨年度より利用可能となった電気二重層コンデンサを電源に用いることで実現するパルス磁場の長時間化を進展させた。本研究で当初計画していた小型パルス磁場発生装置Triple-30では磁場発生時間は30ミリ秒程度であったが、新たな電源の導入及び新電源に対応したパルスマグネットを製作することで磁場発生時間を1.5秒まで延長することに成功した。到達磁場は10テスラ程度が限界であるが、長い磁場発生時間を活用することで、核スピン格子緩和時間が長いためにこれまでは測定が不可能であった弱磁性体などのNMR測定も可能となり、測定対象が大きく拡張された。
強磁場物性測定に関しては、研究開始当初計画していた磁性体やマルチフェロイック物質については測定を完遂し成果公表の段階に入ったため、興味深い強磁場物性を示す新たな物質系の開拓を開始し、20テスラ近傍で特異な磁気特性を示す量子磁性体について、まずは定常磁場を用いたNMR測定を行った。その結果、十分な信号強度、短い核スピン格子緩和時間といったパルス磁場NMR測定を成功させるための条件が満たされており、今後の研究により新奇磁気状態にアプローチできることが確かめられた。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Quantum oscillations in the centrosymmetric skyrmion-hosting magnet GdRu2Si2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama N.、Nomura T.、Imajo S.、Nomoto T.、Arita R.、Sudo K.、Kimata M.、Khanh N. D.、Takagi R.、Tokura Y.、Seki S.、Kindo K.、Kohama Y.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.104421
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rhombic skyrmion lattice coupled with orthorhombic structural distortion in EuAl4 (2023)
  • 著者名/発表者名: Gen Masaki、Takagi Rina、Watanabe Yoshito、Kitou Shunsuke、Sagayama Hajime、Matsuyama Naofumi、Kohama Yoshimitsu、Ikeda Akihiko、Onuki Yoshichika、Kurumaji Takashi、Arima Taka-hisa、Seki Shinichiro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.L020410
  • 査読あり
• [雑誌論文] フラットトップ磁場を用いたパルス磁場中NMR測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 井原慶彦, 小濱芳允
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 58 ページ: 89～98
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity and Charge Ordering in BEDT-TTF Based Organic Conductors with β″-Type Molecular Arrangement (2022)
  • 著者名/発表者名: Ihara Yoshihiko、Imajo Shusaku
  • 雑誌名: Crystals 巻: 12 ページ: 711～711
  • DOI: 10.3390/cryst12050711
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Negative-chirality order in the S=1/2 kagome antiferromagnet CdCu3(OH)6(NO3)2・H2O (2022)
  • 著者名/発表者名: Ihara Yoshihiko、Hiyoshi Ryoga、Shimohashi Masakazu、Hayashi Kaoru、Okuma Ryutaro、Orlandi Fabio、Manuel Pascal、Nilsen Goran J.、Hiroi Zenji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.024401
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Time-resolved measurements in pulsed magnetic fields (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohama Yoshimitsu、Nomura Toshihiro、Zherlitsyn Sergei、Ihara Yoshihiko
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 132 ページ: 070903～070903
  • DOI: 10.1063/5.0093985
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum transport evidence of isolated topological nodal-line fermions (2022)
  • 著者名/発表者名: Kim Hoil、Ok Jong Mok、Cha Seyeong、Jang Bo Gyu、Kwon Chang Il、Kohama Yoshimitsu、Kindo Koichi、Cho Won Joon、Choi Eun Sang、Jo Youn Jung、Kang Woun、Shim Ji Hoon、Kim Keun Su、Kim Jun Sung
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34845-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High upper critical field (120 T) with small anisotropy of highly hydrogen-substituted SmFeAsO epitaxial film (2022)
  • 著者名/発表者名: Hanzawa Kota、Matsumoto Jumpei、Iimura Soshi、Kohama Yoshimitsu、Hiramatsu Hidenori、Hosono Hideo
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 6 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.6.L111801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dimensional reduction and incommensurate dynamic correlations in the S=1/2 triangular-lattice antiferromagnet Ca3ReO5Cl2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Zvyagin S. A.、Ponomaryov A. N.、Wosnitza J.、Hirai D.、Hiroi Z.、Gen M.、Kohama Y.、Matsuo A.、Matsuda Y. H.、Kindo K.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33992-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-mobility two-dimensional carriers from surface Fermi arcs in magnetic Weyl semimetal films (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaneta-Takada Shingo、Wakabayashi Yuki K.、Krockenberger Yoshiharu、Nomura Toshihiro、Kohama Yoshimitsu、Nikolaev Sergey A.、Das Hena、Irie Hiroshi、Takiguchi Kosuke、Ohya Shinobu、Tanaka Masaaki、Taniyasu Yoshitaka、Yamamoto Hideki
  • 雑誌名: npj Quantum Materials 巻: 7 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41535-022-00511-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Emergent anisotropy in the Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov state (2022)
  • 著者名/発表者名: Imajo Shusaku、Nomura Toshihiro、Kohama Yoshimitsu、Kindo Koichi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33354-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetically Hidden State on the Ground Floor of the Magnetic Devil’s Staircase (2022)
  • 著者名/発表者名: Imajo S.、Matsuyama N.、Nomura T.、Kihara T.、Nakamura S.、Marcenat C.、Klein T.、Seyfarth G.、Zhong C.、Kageyama H.、Kindo K.、Momoi T.、Kohama Y.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 129 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.147201
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Complex magnetic phase diagram with a small phase pocket in a three-dimensional frustrated magnet CuInCr4S8 (2022)
  • 著者名/発表者名: Gen M.、Ishikawa H.、Ikeda A.、Miyake A.、Yang Z.、Okamoto Y.、Mori M.、Takenaka K.、Sagayama H.、Kurumaji T.、Tokunaga Y.、Arima T.、Tokunaga M.、Kindo K.、Matsuda Y. H.、Kohama Y.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 ページ: --
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033148
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Metastable magnetization plateaus in the S=1 organic spin ladder BIP-TENO induced by a microsecond-pulsed megagauss field (2022)
  • 著者名/発表者名: Nomura Kazuya、Matsuda Yasuhiro H.、Ikeda Akihiko、Kohama Yoshimitsu、Tsuda Hiroshi、Amaya Naoki、Ono Toshio、Hosokoshi Yuko
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.214430
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Field Calorimetric Studies on Low-Dimensional and Frustrated Quantum Magnets (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohama Yoshimitsu
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: --
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.101004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantum phase of the chromium spinel oxide HgCr2O4 in high magnetic fields (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimura Shojiro、Imajo Shusaku、Gen Masaki、Momoi Tsutomu、Hagiwara Masayuki、Ueda Hiroaki、Kohama Yoshimitsu
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.L180405
  • 査読あり
• [雑誌論文] 極低温でも凍結しないスピンの動的性質の観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田紘行, 井原慶彦, 岡部博孝, 幸田章宏, 門野良典
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 57 ページ: 537～545
  • 査読あり
• [学会発表] 45Sc, 55Mn, 26Al-NMR測定によるカゴメ遍歴磁性体Sc3Mn3Al5Si7の磁気基底状態の研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 井原慶彦、Ramender Sharma Kumar, 坂爪壱星、日吉竜冴、下橋正和
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] 異方的カゴメ反強磁性体 CdCu3(OH)6Cl2の単結晶育成と精密構造解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 加藤萌結, 松下能孝, 吉田紘行
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] カペラサイト型量子カゴメ反強磁性体CaCu3(OH)6Cl2・0.6H2OのmuSRによる研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉田紘行
  • 学会等名: 2022年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • 招待講演
• [学会発表] 定常強磁場NMR測定によるNi2InSbO6の磁場誘起磁気状態の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 井原慶彦、日吉竜冴、下橋正和、平田倫啓、佐々木孝彦、荒木勇介、徳永祐介、有馬孝尚
  • 学会等名: 強磁場科学研究会
• [学会発表] Microscopic coexistence of superconductivity and antiferromagnetism in excess-oxygen La2CuO4+y (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Ihara, R Kumar, K. Ishida, Y. Kinugawa, and M. Oda
  • 学会等名: International workshop on Microscopic properties of quantum materials
  • 国際学会
• [学会発表] 115In-NMR study for field-induced magnetic structure in chiral polar magnet Ni2InSbO6 (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Ihara, R. Hiyoshi, M. Shimohashi, M. Hirata, T. Sasaki, Y. Araki, Y. Tokunaga, and T. Arima
  • 学会等名: 29th International conference on low temperature physics
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal growth and electromagnetic properties of GdOs2Si2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Hayashi, Hiroyuki K Yoshida, Hiroya Sakurai, Naoki Kikugawa and Kazunari Yamaura
  • 学会等名: 29th International conference on low temperature physics
  • 国際学会
• [学会発表] S = 1/2カゴメ反強磁性体In-Kapellasite InCu3(OH)6Cl3の磁性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田紘行
  • 学会等名: 第18回量子スピン研究会
• [学会発表] Topological Hall effect and skyrmions in GdOs2Si2 (2022)
  • 著者名/発表者名: 林浩章, 吉田紘行, 山浦一成
  • 学会等名: 第32回日本MRS年次大会
• [学会発表] 量子カゴメ反強磁性体InCu3(OH)6Cl3の磁性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 加藤萌結, 吉田紘行
  • 学会等名: 第32回日本MRS年次大会
• [学会発表] フラストレート磁性体における電気磁気効果の探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田紘行
  • 学会等名: 第32回日本MRS年次大会
• [学会発表] 新規カペラサイト型量子カゴメ反強磁性InCu3(OH)6Cl3の磁性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 加藤萌結,鳴海康雄, 松下能孝, 福岡脩平, 小田研, 山下智史, 中澤康浩, 萩原政幸, 吉田紘
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] 35Cl-NMR測定による歪んだS=1/2カゴメ反強磁性体CdCu3(OH)6Cl2における低磁場磁気状態の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 井原慶彦, 日吉竜冴, 下橋正和, 加藤萌結, 吉田紘行
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] GdOs2Si2の磁気異方性と特異な電気伝導特性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 林浩章, 吉田紘行, 山浦一成
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会