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2021 年度 実績報告書

極性金属における機能創成

研究課題

研究課題/領域番号 21H01030
研究機関大阪大学

研究代表者

高橋 英史  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50748473)

研究分担者 中埜 彰俊  名古屋大学, 理学研究科, 助教 (50842613)
秋葉 和人  岡山大学, 自然科学学域, 助教 (60824026)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード極性金属 / 半金属 / 超伝導 / ピエゾ効果 / 熱電効果
研究実績の概要

固体物質では結晶構造の空間反転対称性の破れに起因し分極(極性)を持つ物質がある。この分極に起因して、絶縁体材料では強誘電性や圧電性が生じる。また磁性を持つ材料では、磁性と強誘電性が相関したマルチフェロイック材料がこれまで盛んに研究されてきた。一方で、金属における極性構造の影響についての研究は少なく、特に、極性構造に由来した分極が生み出す機能性はこれまであまり報告されていない。しかしながら、静的な分極の影響は無くても、動的な分極の影響を伝導電子が受ける可能性ある。このような観点のもと本研究では極性金属の合成と新奇現象の開拓を試みた。その中で、極性構造-非極性構造の構造不安定性を持つ、3元系化合物の合成に成功した。さらにこの材料において、2K付近で超伝導転移を示すことを明らかにした。また、極性構造に由来した、ラッシュバ型のスピン分裂が予想され、それに起因した異方的な臨界磁場が観測された。さらに、極性金属MoTe2における動的ピエゾ効果の観測を試みた。その結果、MoTe2では有限な逆ピエゾ効果を観測し、金属においても誘電性が現れることを明らかにしている。一方でその定量性を評価することは難しく今後の課題である。

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

本研究では、極性構造を有する金属材料の合成とその新機能の創成を目指し研究を行っている。そして、これまでに極性-非極性の構造不安定性を持つ新材料(3元系化合物)の単結晶合成に成功した。さらにこの物質の第一原理計算により、バンド反転を持つトポロジカルなバンド半金属であることが示唆された。また電気抵抗や磁化の測定から超伝導転移を示すことを明らかにした。そのほかにもMoTe2のような遷移金属カルコゲナイド化合物において動的ピエゾ効果の観測に初めて成功している。

今後の研究の推進方策

本研究では、極性-非極性の構造不安定性を持つ新規材料の単結晶合成に成功し、低温2Kで超伝導転移を示すことを明らかにした。そこで、この超伝導転移温度の向上を目指し、化学置換を試みる。さらに超伝導の性質を調べつため、熱電効果等の輸送現象の測定を行う。そのほかにも、トポロジカル材料における動的ピエゾ効果の観測に成功しており、定量性を含めたより詳細な研究を行う。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Magnetic Generation and Switching of Topological Quantum Phases in a Trivial Semimetal α - EuP 32022

    • 著者名/発表者名
      Alex Hiro Mayo, Hidefumi Takahashi, Mohammad Saeed Bahramy, Atsuro Nomoto, Hideaki Sakai, and Shintaro Ishiwata
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW X

      巻: 12 ページ: 011033-1-10

    • DOI

      10.1103/PhysRevX.12.011033

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-Pressure Synthesis of a Massive and Non-Symmorphic Dirac Semimetal Candidate MoP42021

    • 著者名/発表者名
      Alex Hiro Mayo1 , Jon Alexander Richards , Hidefumi Takahashi , and Shintaro Ishiwata
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 ページ: 123704-1-5

    • DOI

      10.7566/JPSJ.90.123704

    • 査読あり
  • [学会発表] 極性構造を有するEu系化合物における超伝導と磁気秩序の共存2022

    • 著者名/発表者名
      高橋英史, 高橋優之, メイヨーアレックス浩 秋葉和人, 小林達生, 越智正之, 石渡 晋太郎
    • 学会等名
      2022 年日本物理学会年次大会
  • [学会発表] 第一原理計算を活用した準安定な新規Aサイト秩序ペロブスカイト型鉄酸化物の高圧合成2022

    • 著者名/発表者名
      小野瀬雅穂,高橋英史,佐賀山基,山﨑裕一,石渡晋太郎
    • 学会等名
      2022 年日本物理学会年次大会
  • [学会発表] Eu-based semimetal as a possible centr osymmetric topological magnet2021

    • 著者名/発表者名
      高橋英史
    • 学会等名
      The International Conference on Frustration, Topology and Spin Textures
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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