強磁性金属の量子臨界近傍における中性子回折磁気構造解析

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03756
• 研究機関: 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発
• 研究代表者: 宗像 孝司 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 副主任技師 (00363408)
• 研究分担者: 金子 耕士 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (30370381) ; 長壁 豊隆 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (80354900) ; 加倉井 和久 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 特任研究員 (00204339)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 中性子回折 / 単結晶 / 高圧力 / 磁気構造 / 量子臨界

研究実績の概要

本研究では、強相関電子系において興味深いテーマである量子相転移現象をはじめとした、高圧力下で出現する新奇な物性現象の解明へ繋がる新たな知見の獲得を中性子実験の実施により実現するために、技術的に困難である極低温かつ高圧等といった多重極限環境下の単結晶中性子回折実験技術の確立と、これを用いた対象物質の高圧下での磁気的性質(磁気構造)に関する情報を得ることを目的としている。これまでに、我々が独自に開発してきた単結晶サファイアアンビルと超硬合金(WC)アンビルを組み合わせた対向ハイブリッドアンビル方式の高圧力発生技術を遍歴強磁性体LaCrGe3に適用し、J-PARC MLFのSENJU(BL18)において高圧下中性子回折実験を実施し量子臨界近傍での磁気反射の探索を行なった。2021年度は本高圧力発生技術を利用した研究の推進のために、岡山大学理学部のグループとの共同研究として、α-Mnの圧力誘起相での中性子回折実験をSENJUで実施した。α-Mnは常圧では4つのMnサイトに大きさの異なる磁気モーメントがノンコリニアに配列し、反強磁性相へと転移することが単結晶試料を用いた過去の中性子回折実験から明らかになっている。本研究において2GPa、2.8Kの条件で測定した結果、1.5GPa以上で現れる圧力誘起相の構造はフェリ磁性相であると考えられる結果を得た。また本研究テーマに関連し、大きな試料空間と高い圧力発生効率とを合わせ持った新しい加圧方法の小型非磁性高圧セルの開発も進めた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度当初予定していたLaCrGe3の高圧下磁気相探索の継続実験が、マシンタイムの確保に至らず計画通りに実施出来なかった。しかし、より高圧下を含めて中性子実験を実施する計画を進めており、これに向けてハイブリッドアンビルセルの改良等を実施した。以上、当初計画と照らし合わせた結果、現在までの研究進捗に遅れが生じていると判断した。

今後の研究の推進方策

本基盤研究の一年間の補助事業期間延長の承認により、当初計画に従って研究を推進して行く。改良したハイブリッドアンビルや新たに必要となる治具等の整備を進め、LaCrGe3の高圧下中性子実験を実施する計画である。得られた結果については考察を進め、成果や知見等の積極的な公表につなげる。

次年度使用額が生じた理由

今年度(2021年度)に計画していた国際会議や国内の学会・研究会等が延期あるいはオンライン開催となり、旅費等の使用額が大幅に削減したため。また中性子実験実施に要する物品費が予定よりも少額であったため。次年度は高圧中性子実験環境の整備を行なうとともに、結果の解析や成果の公表に必要な経費に充て助成金を適切に執行する。

研究成果

• [雑誌論文] Improvement of nano-polycrystalline diamond anvil cells with Zr-based bulk metallic glass cylinder for higher pressures: application to Laue-TOF diffractometer (2022)
  • 著者名/発表者名: Keishiro Yamashita, Kazuki Komatsu, Takashi Ohhara, Koji Munakata, Tetsuo Irifune, Toru Shinmei, Kazumasa Sugiyama, Toru Kawamata and Hiroshi Kagi
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 42 ページ: 121 - 135
  • DOI: 10.1080/08957959.2022.2045982
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge-Density-Wave Order and Multiple Magnetic Transitions in Divalent Europium Compound EuAl₄ (2021)
  • 著者名/発表者名: Koji Kaneko, Takuro Kawasaki, Ai Nakamura, Koji Munakata, Akiko Nakao, Takayasu Hanashima, Ryoji Kiyanagi, Takashi Ohhara, Masato Hedo, Takao Nakama, Yoshichika Onuki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 90 ページ: 064704 (6p)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.90.064704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oval-cycloidal Magnetic Structure with Phase-shift in the Non-centrosymmetric Tetragonal Compound CePdSi₃ (2021)
  • 著者名/発表者名: Daichi Ueta, Masahiro Yoshida, Tomohiro Kobuke, Yoichi Ikeda, Akiko Nakao, Taketo Moyoshi, Koji Munakata, Yaohua Liu, Takatsugu Masuda, and Hideki Yoshizawa
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 90 ページ: 114702 (5p)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.90.114702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlated Li-ion migration in the superionic conductor Li₁₀GeP₂S₁₂ (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Yajima, Yoyo Hinuma, Satoshi Hori, Rui Iwasaki, Ryoji Kanno, Takashi Ohhara, Akiko Nakao, Koji Munakata, Zenji Hiroi
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A, 巻: 9 ページ: 11278 - 11284
  • DOI: 10.1039/D1TA00552A
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antiferromagnetic-to-ferrimagnetic phase transition with large electric-polarization change in a frustrated polar magnet <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>CaBaCo</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:math> (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Omi, Yoshito Watanabe, Nobuyuki Abe, Hajime Sagayama, Akiko Nakao, Koji Munakata, Yusuke Tokunaga, and Taka-hisa Arima
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 103 ページ: 184412 (6p)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.184412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity-driven ferromagnetism and spin manipulation using vortices in the magnetic superconductor EuRbFe ₄ As ₄ (2021)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Ishida, Daniel Kagerbauer, Sigrid Holleis, Kazuki Iida, Koji Munakata, Akiko Nakao, Akira Iyo, Hiraku Ogino, Kenji Kawashima, Michael Eisterer, and Hiroshi Eisaki
  • 雑誌名: PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) 巻: 118 ページ: 2101101118 (8p)
  • DOI: 10.1073/pnas.2101101118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hybridization-Gap Formation and Superconductivity in the Pressure-Induced Semimetallic Phase of the Excitonic Insulator Ta₂NiSe₅ (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Matsubayashi, H. Okamura, T. Mizokawa, N. Katayama, A. Nakano, H. Sawa, T. Kaneko, T. Toriyama, T. Konishi, Y. Ohta, H. Arima, R. Yamanaka, A. Hisada, T. Okada, Y. Ikemoto, T. Moriwaki, K. Munakata, A. Nakao, M. Nohara, Y. Lu, H. Takagi, Y. Uwatoko
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 90 ページ: 074706 (6p)
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.074706
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] MLF単結晶中性子回折装置SENJの試料環境整備の現状 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宗像孝司, 鬼柳亮嗣, 大原高志, 中尾朗子, 石川喜久, 森山健太郎, 神原理
  • 学会等名: 2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 単結晶中性子回折計SENJUの最新状況 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大原高志、鬼柳亮嗣、中尾朗子、宗像孝司、石川喜久、森山健太郎、田村格良、金子耕士
  • 学会等名: 2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 中性子単結晶構造解析装置SENJUによる逆空間データのParaviewへの対応 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石川喜久, 鬼柳亮嗣, 大原高志, 中尾朗子, 宗像孝司, 森山健太郎
  • 学会等名: 2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 単結晶中性子回折計SENJUにおけるリモートアクセス環境整備 (2022)
  • 著者名/発表者名: 森山健太郎, 大原高志, 鬼柳亮嗣, 中尾朗子, 宗像孝司, 石川喜久,長谷美宏幸
  • 学会等名: 2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 一軸応力が誘起するMnPの巨大磁気応答と結晶構造再構成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小澤竜也, 藤原理賀, 内原猛, 満田節生, 矢野真一, 中尾朗子, 宗像孝司
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会
• [学会発表] 重い電子系超伝導体CeNiGe3に対する圧力下単結晶中性子回折実験 (2021)
  • 著者名/発表者名: 橋本勇輝, 池田陽一, 宗像孝司, 鬼柳亮嗣, 藤田全基
  • 学会等名: 第140回金研講演会
• [学会発表] Identification of crystallographic planes of a polyhedral crystal at SENJU (2021)
  • 著者名/発表者名: A. Nakao, T. Moyoshi, K. Moriyama, T. Matsumura, K. Iba, S. Ohara, Y. Ishikawa, K. Munakata, T. Ohhara, R. Kiyanagi
  • 学会等名: 25th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Upgrades of a TOF single-crystal neutron diffractometer SENJU for improvement of versatility (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Ohhara, R. Kiyanagi, A. Nakao, K. Munakata, Y. Ishikawa, K. Moriyama, I. Tamura, K. Kaneko
  • 学会等名: 25th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Application of machine learning and kernel density estimation for efficient data treatment on single crystal diffraction data (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Kiyanagi, T. Ohhara, A. Nakao, K. Munakata, Y. Ishikawa, K. Moriyama
  • 学会等名: 25th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Reciprocal Space Mapping Software for Single Crystal Diffraction (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishikawa, R. Kiyanagi, T. Ohhara, A. Nakao, K. Munakata, K Moriyama, Y. Noda
  • 学会等名: 25th Congress of the International Union of Crystallography (IUCr2021)
  • 国際学会
• [学会発表] 超イオン伝導体Li10GeP2S12の結晶構造解析と相関イオン伝導 (2021)
  • 著者名/発表者名: 矢島健, 日沼洋陽, 堀智, 岩崎類, 菅野了次, 大原高志, 中尾朗子, 宗像孝司, 廣井善二
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
• [学会発表] Magnetic skyrmion lattice in cubic f-electron magnet EuPtSi (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Kaneko, C. Tabata, T. Takeuchi, M. D. Frontzek, M. Matsuda, K. Ohishi, T. U. Ito, K. Munakata, R. Kiyanagi, M. Kakihana, Y. Onuki
  • 学会等名: Current Research in Magnetism; Magnetic Skyrmion (CRIM2021)
  • 国際学会
• [学会発表] α-Mnの高圧物性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木新吾, 小林達生, 西森弘顕, 秋葉和人, 岩本凱成, 宗像孝司, 長壁豊隆, 金子耕士
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] 圧力下単結晶中性子回折実験による重い電子系超伝導体CeNiGe3の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 橋本勇輝, 池田陽一, 北澤崇文, 宗像孝司, 鬼柳亮嗣, 大原高志, 藤田全基
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] 鉄系磁性超伝導体EuRbFe4As4における磁束と局所モーメントの相互作用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石田茂之, Daniel Kagerbauer, Sigrid Holleis, 飯田一樹, 宗像孝司, 中尾朗子, 伊豫彰, 荻野拓, 川島健司, Michael Eisterer, 永崎洋
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] ナノ多結晶ダイヤモンドとバルク金属ガラスを用いた高圧セルの開発とその場中性子回折実験 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山下恵史朗, 小松一生, KLOTZ Stefan, FABERO Oscar, FERNANDEZ-DIAZ Maria T., 大原高志, 宗像孝司, 入舩徹男, 新名亨, 杉山和正, 川又透, 鍵裕之
  • 学会等名: 第62回高圧討論会
• [学会発表] 中性子単結晶構造解析装置SENJUによる変調構造解析のための経路長計算プログラムの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川喜久, 鬼柳亮嗣, 大原高志, 中尾朗子, 宗像孝司, 森山健太郎, 野田幸男
  • 学会等名: 第21回日本中性子科学会年会
• [学会発表] 単結晶中性子回折計SENJUの最新状況 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大原高志，鬼柳亮嗣, 中尾朗子, 宗像孝司, 石川喜久, 森山健太郎, 田村格良, 金子耕士
  • 学会等名: 第21回日本中性子科学会年会
• [学会発表] 単結晶回折データの効率的なチェックに向けた機械学習の適用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鬼柳亮嗣，大原高志，中尾朗子，宗像孝司，石川喜久，森山健太郎
  • 学会等名: 第21回日本中性子科学会年会
• [学会発表] Unique Vortex Pinning Properties of 1144-type Iron-based Superconductors (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Ishida, H. Ogino, A. Iyo, N. Takeshita, H. Eisaki, K. Kawashima, K. Iida, K. Munakata, A. Nakao, K. Yanagisawa, Y. Kobayashi, K. Kimoto, H. Abe, M. Imai, J. Shimoyama, D. Kagerbauer, S. Holleis, M. Eisterer
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2021 (MRM2021)
  • 国際学会 / 招待講演