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2021 年度 実施状況報告書

カゴメ格子反強磁性体におけるマグノンバンドトポロジーの検証

研究課題

研究課題/領域番号 20K14395
研究機関東北大学

研究代表者

那波 和宏  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10723215)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードマグノン / 反強磁性体 / 中性子散乱
研究実績の概要

電子系において議論されているトポロジーの概念は電子系のみならずマグノン等のボソン系にも拡張できることが明らかにされつつある。本研究ではマグノンのバンドトポロジーに関する知見を得るため、電子系におけるスピン-運動量ロッキングの磁性体版に対応する擬スピン-運動量ロッキングをカゴメ格子反強磁性体を舞台に検証する。研究初年度は水熱合成法により数十mg程度のジャロサイト単結晶試料の作製することに成功したため、二年度目は重水化した単結晶試料の合成に着手した。軽水試料に関する試行錯誤により界面での酸化還元反応をいかに制御するかが重要であることは分かっているが、重水を用いるとpH等の条件が変わるため最初から条件を洗い直すことになった。それでも事項錯誤の結果、かなり条件を絞り込むことができたため、近々軽水試料と同程度の大きさの単結晶試料が得られることになると期待される。
平行してブリージングカゴメ格子反強磁性体Yb3Ni11Ge4の磁性を中性子散乱によって研究した。研究用原子炉JRR3の再稼働に伴い三軸分光器を利用することが可能となったため、Ybの結晶場基底状態を明らかにすべく中性子非弾性散乱実験を行った。また、三軸分光器CTAX(ORNL)を利用し極低温における中性子非弾性散乱実験も進めており、引き続き研究を進めることで本物質における磁気励起の詳細も明らかになることが期待される。さらにスピン-運動量ロッキングの舞台として期待できるハニカム格子反強磁性体の物質開発も進め、RuX3(X=Br,I)を見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

重水化した単結晶試料に関する合成の遅れがあるが、カゴメ格子反強磁性体の磁性の解明やハニカム格子反強磁性体の物質開発が進んだことを踏まえて総じてやや遅れていると評価する。

今後の研究の推進方策

引き続き重水化単結晶試料の合成を進めるが、最終年度であるため並行して軽水単結晶試料を用いた中性子非弾性散乱実験を行えるかどうかを検証する。

次年度使用額が生じた理由

重水化した単結晶試料の合成に遅れがあるため、原料分(主として重水)を次年度使用額に回している。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] ANSTO(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      ANSTO
  • [国際共同研究] ORNL(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ORNL
  • [国際共同研究] モスクワ大学/ロシア国立科学技術大学(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      モスクワ大学/ロシア国立科学技術大学
  • [雑誌論文] Zigzag magnetic order in the Kitaev spin-liquid candidate material RuBr3 with a honeycomb lattice2022

    • 著者名/発表者名
      Imai Yoshinori、Nawa Kazuhiro、Shimizu Yasuhiro、Yamada Wakana、Fujihara Hideyuki、Aoyama Takuya、Takahashi Ryotaro、Okuyama Daisuke、Ohashi Takamasa、Hagihala Masato、Torii Shuki、Morikawa Daisuke、Terauchi Masami、Kawamata Takayuki、Kato Masatsune、Gotou Hirotada、Itoh Masayuki、Sato Taku J.、Ohgushi Kenya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: L041112

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.L041112

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strongly Electron-Correlated Semimetal RuI3 with a Layered Honeycomb Structure2021

    • 著者名/発表者名
      Nawa Kazuhiro、Imai Yoshinori、Yamaji Youhei、Fujihara Hideyuki、Yamada Wakana、Takahashi Ryotaro、Hiraoka Takumi、Hagihala Masato、Torii Shuki、Aoyama Takuya、Ohashi Takamasa、Shimizu Yasuhiro、Gotou Hirotada、Itoh Masayuki、Ohgushi Kenya、Sato Taku J.
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 ページ: 123703

    • DOI

      10.7566/JPSJ.90.123703

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic structure study of the sawtooth chain antiferromagnet Fe2Se2O72021

    • 著者名/発表者名
      Nawa Kazuhiro、Avdeev Maxim、Berdonosov Peter、Sobolev Alexey、Presniakov Igor、Aslandukova Alena、Kozlyakova Ekaterina、Vasiliev Alexander、Shchetinin Igor、Sato Taku J.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 24049

    • DOI

      10.1038/s41598-021-03058-5

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Magnetic Excitation of Cu2(MoO4)(SeO3)2022

    • 著者名/発表者名
      Pharit Piyawongwatthana, Kazuhiro Nawa, Stuart Calder, Maiko Kofu, Daisuke Okuyama, Taku J Sato
    • 学会等名
      APS March Meeting 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] J1-J2フラストレート正方格子磁性体2VOSO4・D2SO4・nD2Oの磁気秩序2022

    • 著者名/発表者名
      那波和宏, 柴田将弥, 奥山大輔, Maxim Avdeev, Ross Piltz, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] 量子三角格子磁性体Ba3Yb(BO3)3の結晶場励起2022

    • 著者名/発表者名
      松坂信之介, 那波和宏, 奥山大輔, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質RuBr3の中性子非弾性散乱測定2022

    • 著者名/発表者名
      平岡巧, 那波和宏, 今井良宗, 藤原秀行, 村崎遼, Pharit Piyawongwatthana, 古府麻衣子, Richard Mole, 後藤弘匡, 大串研也, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] Magnetic structure of the frustrated square lattice magnet 2VOSO4・D2SO4・nD2O2022

    • 著者名/発表者名
      K. Nawa, M. Shibata, D. Okuyama, Maxim Avdeev, Ross Piltz, T. J Sato
    • 学会等名
      令和3年度新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
  • [学会発表] Magnetic structure of the sawtooth chain antiferromagnet Fe2Se2O72021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Nawa, Maxim Avdeev, Peter Berdonosov, Alexey Sobolev, Igor Presniakov, Alena Aslandukova, Ekaterina Kozlyakova, Alexander Vasiliev, Igor Shchetinin, and Taku J Sato
    • 学会等名
      日本中性子科学会2021年大会(JSNS2021)
  • [学会発表] Magnetic Excitation of Cu2(MoO4)(SeO3)2021

    • 著者名/発表者名
      Pharit Piyawongwatthana, Maiko Kofu, Kazuhiro Nawa, Daisuke Okuyama, Taku J Sato
    • 学会等名
      日本中性子科学会2021年大会(JSNS2021)
  • [学会発表] 中性子非弾性散乱による S=1 スピンダイマー物質 K2NiMo2O8 の磁気励起研究2021

    • 著者名/発表者名
      村崎遼, 那波和宏, 古府麻衣子, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本中性子科学会2021年大会(JSNS2021)
  • [学会発表] 量子三角格子磁性体Ba3Yb(BO3)3の単結晶育成および結晶場2021

    • 著者名/発表者名
      松坂信之介, 那波和宏, 奥山大輔, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本中性子科学会2021年大会(JSNS2021)
  • [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質RuBr3の中性子散乱2021

    • 著者名/発表者名
      平岡巧, 那波和宏, 今井良宗, 藤原秀行, 村崎遼, Pharit Piyawongwatthana, 古府麻衣子, Richard Mole, 後藤弘匡, 大串研也, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本中性子科学会2021年大会(JSNS2021)
  • [学会発表] S=1スピンダイマー物質K2NiMo2O8の中性子非弾性散乱実験による磁気励起測定2021

    • 著者名/発表者名
      村崎遼, 那波和宏, 古府麻衣子, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本物理学会令和3年度秋季大会
  • [学会発表] 反転対称性の破れたフェリ磁性体LiFe5O8の低エネルギースピン波励起2021

    • 著者名/発表者名
      柴田将弥, 那波和宏, 村崎遼, 伊藤晋一, 植田大地, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本物理学会令和3年度秋季大会
  • [学会発表] パイロクロア反強磁性体Na3Co(CO3)2Clの結晶場励起2021

    • 著者名/発表者名
      那波 和宏,村崎 遼,伊藤 晋一,齋藤 開,Clarina R Dela Cruz,佐藤 卓
    • 学会等名
      日本物理学会令和3年度秋季大会
  • [学会発表] Search for the J1-J2 low dimensional frustrated magnet2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Nawa, Masaya Shibata, Daisuke Okuyama, Maxim Avdeev, and Taku J Sato
    • 学会等名
      QLC2021
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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