電流誘起による新奇フェルミオロジー

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K20889
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30359541)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: 量子振動効果 / フェルミ面 / 超伝導 / 重い電子系

研究実績の概要

電流誘起の新奇なフェルミオロジーの展開が本研究の目的である。反対称スピン軌道相互作用による特徴的なフェルミ面の性質をドハース・ファンアルフェン効果から微視的に明らかにすることが重要なポイントである。そのために、空間反転対称性の敗れた結晶構造に着目して、さまざまな物質探索を行った。このうちハーフホイスラー型の結晶構造を持つUPt5については、チョクラルスキー法により純良単結晶育成に成功し、ドハース・ファンアルフェン効果の観測に成功した。大きくスピン分裂した球状のホールフェルミ面を観測した。バンド計算との比較でも良い一致を示し、UPt5のフェルミ面の全体像を明らかにした。振動数の角度依存性は、2つに分裂した振動数以外に、その間にたくさんの振動数が検出された。これは、対称性を反映した2つの軌道の縮退点と偶然縮退した点が複雑に絡み合った軌道交差現象であることを明らかにした。サイクロトロン有効質量は29m0までのものが観測されており、重い電子状態を反映している。 さらに、新奇スピン三重項超伝導体UTe2のホール効果、熱電能測定を国際共同研究に基づいて行った。磁場を困難軸方向のb軸に加えたときに、メタ磁性転移で劇的に電子状態が変化することを明らかにした。さらにUTe2の単結晶育成において、NaCl/KClによるフラックス法により超高純度単結晶育成に成功した。残留抵抗比RRRは200から800であり、UPt3にも匹敵する純良単結晶である。この超高純度単結晶を用いて、UTe2の量子振動効果（ドハース・ファンアルフェン効果）の観測に世界で初めて成功した。準二次元的な２種類のフェルミ面が、実験と理論計算によって明らかにされた。電子の有効質量は、32-58m0と重い電子状態を形成していることを明らかにした。またU4+とU3+の混合価数状態になっていることがわかった。

研究成果

• [国際共同研究] CEA-Grenoble/LNCMI(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CEA-Grenoble/LNCMI
• [国際共同研究] HZDR(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: HZDR
• [雑誌論文] Superconductivity in Noncentrosymmetric LaNiZn Single Crystal (2023)
  • 著者名/発表者名: Maurya Arvind、Harima Hisatomo、Honda Fuminori、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J.、Nakamura Ai、Li Dexin、Homma Yoshiya、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 92 ページ: 043703
  • DOI: 10.7566/jpsj.92.043703
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-induced Structural Phase Transition and New Superconducting Phase in UTe2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Honda Fuminori、Kobayashi Shintaro、Kawamura Naomi、Kawaguchi Saori I.、Koizumi Takatsugu、Sato Yoshiki J.、Homma Yoshiya、Ishimatsu Naoki、Gouchi Jun、Uwatoko Yoshiya、Harima Hisatomo、Flouquet Jacques、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 92 ページ: 044702
  • DOI: 10.7566/jpsj.92.044702
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ising-type quasi-one-dimensional ferromagnetism with anisotropic hybridization in UNi4P2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Maurya Arvind、Miyake Atsushi、Kotegawa Hisashi、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J.、Nakamura Ai、Li Dexin、Homma Yoshiya、Honda Fuminori、Tokunaga Masashi、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 085142
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.085142
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Field-Induced Tuning of the Pairing State in a Superconductor (2023)
  • 著者名/発表者名: Rosuel A.、Marcenat C.、Knebel G.、Klein T.、Pourret A.、Marquardt N.、Niu Q.、Rousseau S.、Demuer A.、Seyfarth G.、Lapertot G.、Aoki D.、Braithwaite D.、Flouquet J.、Brison J.P.
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 13 ページ: 011022
  • DOI: 10.1103/physrevx.13.011022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic Properties of Single Crystalline Tb5Sb3 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kitaori Aki、Kanazawa Naoya、Kida Takanori、Narumi Yasuo、Hagiwara Masayuki、Kindo Koichi、Takeuchi Tetsuya、Nakamura Ai、Aoki Dai、Haga Yoshinori、Kaneko Yoshio、Tokura Yoshinori、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 92 ページ: 024702
  • DOI: 10.7566/jpsj.92.024702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Change of superconducting character in UTe2 induced by magnetic field (2023)
  • 著者名/発表者名: Kinjo K.、Fujibayashi H.、Kitagawa S.、Ishida K.、Tokunaga Y.、Sakai H.、Kambe S.、Nakamura A.、Shimizu Y.、Homma Y.、Li D. X.、Honda F.、Aoki D.、Hiraki K.、Kimata M.、Sasaki T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: L060502
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.l060502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous electromagnetic response in the spin-triplet superconductor UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Yusei、Kittaka Shunichiro、Kono Yohei、Sakakibara Toshiro、Machida Kazushige、Nakamura Ai、Li Dexin、Homma Yoshiya、Sato Yoshiki J.、Miyake Atsushi、Yamashita Minoru、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 214525
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.214525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Crystal Growth and Fermi Surface Properties of LaPd2Si2: Comparison with Pressure-Induced Heavy-Fermion Superconductor CePd2Si2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshiki J.、Honda Fuminori、Pospisil Jiri、Nakamura Ai、Valiska Michal、Shimizu Yusei、Maurya Arvind、Homma Yoshiya、Li Dexin、Sechovsky Vladimir、Harima Hisatomo、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 114708
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.114708
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anisotropic spin-glass and magnetic behavior in single-crystalline U2PtSi3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Li D.X.、Shimizu Y.、Nakamura A.、Sato Y.J.、Homma Y.、Honda F.、Aoki D.
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 562 ページ: 169820～169820
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2022.169820
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Gd-based magnetic compound GdPt2B with a chiral crystal structure (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshiki J.、Manako Hikari、Homma Yoshiya、Li Dexin、Okazaki Ryuji、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 6 ページ: 104412
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.6.104412
  • 査読あり
• [雑誌論文] First Observation of the de Haas-van Alphen Effect and Fermi Surfaces in the Unconventional Superconductor UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki Dai、Sakai Hironori、Opletal Petr、Tokiwa Yoshifumi、Ishizuka Jun、Yanase Youichi、Harima Hisatomo、Nakamura Ai、Li Dexin、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Knebel Georg、Flouquet Jacques、Haga Yoshinori
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 083704
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.083704
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anisotropic field response of specific heat for a ferromagnetic superconductor UCoGe in magnetic fields (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Shota、Kittaka Shunichiro、Machida Kazushige、Shimizu Yusei、Nakamura Ai、Aoki Dai、Sakakibara Toshiro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 035152
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.035152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetovolume Effect on the First-Order Metamagnetic Transition in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyake Atsushi、Gen Masaki、Ikeda Akihiko、Miyake Kazumasa、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J.、Li Dexin、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Honda Fuminori、Flouquet Jacques、Tokunaga Masashi、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 063703
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.063703
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Unconventional superconductivity in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki D、Brison J-P、Flouquet J、Ishida K、Knebel G、Tokunaga Y、Yanase Y
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 34 ページ: 243002～243002
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ac5863
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and Magnetic Properties of Noncentrosymmetric Antiferromagnet Mn3IrSi (2022)
  • 著者名/発表者名: Onuki Yoshichika、Aoki Dai、Nakamura Ai、Matsuda Tatsuma D.、Nakashima Miho、Haga Yoshinori、Takeuchi Tetsuya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 065001
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.065001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and Magnetic Properties of Noncentrosymmetric Antiferromagnet Mn3IrSi (2022)
  • 著者名/発表者名: Onuki Yoshichika、Kaneko Yoshio、Aoki Dai、Nakamura Ai、Matsuda Tatsuma D.、Nakashima Miho、Haga Yoshinori、Takeuchi Tetsuya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 065002
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.065002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Split Fermi Surface Properties of Noncentrosymmetric Compounds Fe2P, Ni2P, and Pd2Si (2022)
  • 著者名/発表者名: Onuki Yoshichika、Nakamura Ai、Aoki Dai、Matsuda Tatsuma D.、Haga Yoshinori、Harima Hisatomo、Takeuchi Tetsuya、Kaneko Yoshio
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 064712
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.064712
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abrupt Change in Electronic States under Pressure in New Compound EuPt3Al5 (2022)
  • 著者名/発表者名: Koizumi Takatsugu、Honda Fuminori、Sato Yoshiki J.、Li Dexin、Aoki Dai、Haga Yoshinori、Gouchi Jun、Nagasaki Shoko、Uwatoko Yoshiya、Kaneko Yoshio、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 043704
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.043704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting Order Parameter in UTe2 Determined by Knight Shift Measurement (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujibayashi Hiroki、Nakamine Genki、Kinjo Katsuki、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Tokunaga Yo、Sakai Hironori、Kambe Shinsaku、Nakamura Ai、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li Dexin、Honda Fuminori、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 043705
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.043705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Drastic change in magnetic anisotropy of UTe2 under pressure revealed by Te-125-NMR (2022)
  • 著者名/発表者名: Kinjo Katsuki、Fujibayashi Hiroki、Nakamine Genki、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Tokunaga Yo、Sakai Hironori、Kambe Shinsaku、Nakamura Ai、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li Dexin、Honda Fuminori、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: L140502
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.L140502
  • 査読あり
• [学会発表] de Haas-van Alphen effect and Fermi surfaces in spin-triplet superconductor UTe2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: APS March Meeting 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fermi surface properties in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: GIMRT-REIMEI-IRN workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple superconducting phases and field-induced superconductivity in UTe2 with spin-triplet state (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: The 35th International Symposium on Superconductivity (ISS2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiple superconducting phases and field induced phenomena in novel spin- triplet superconductor UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: The 29th international Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiple superconducting phases and Fermi surfaces in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: Recent Topics in Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic states and superconductivity in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: SCES2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiple Superconducting Phases and Field Induced Superconductivity in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: 13th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity & High Temperature Superconductors (M2S)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiple Superconducting Phases and Fermi Surfaces in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: Dual Nature 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Crystal growth and spin triplet superconductivity in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: Polish Conference on Crystal Growth 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiple superconducting phases in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: Unconventional superconductivity in the heavy fermion UTe2 (online)
  • 国際学会 / 招待講演