偏極中性子散乱を主軸とした従来型スピントロニクスの微視的理解と次世代型機構の確立

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H03732
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 南部 雄亮 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 物性実験 / 偏極中性子散乱 / スピントロニクス / フラストレート磁性

研究実績の概要

スピンの高次自由度物質について、FeGa2S4の特徴的なスピン揺らぎ時間の定量解明を行った。DC、AC磁化率の温度依存性からは従来型のスピングラスを想起させる振る舞いが見られたが、周波数依存性および非線形磁化率からその可能性は否定された。中性子とミュオン実験の結果からスピンが~10 MHz程度で揺らぐ温度領域が明らかになり、ベクトルカイラリティ渦の凝集転移に起因する可能性などを議論した。本成果はJ. Phys. Cond. Mat誌の特集号”Frustrated Quantum Magnets”へ招待論文として投稿した。
偏極中性子散乱における中性子偏極率の補正について、成果がJ. Phys. Conf. Ser.に出版された。Y3Fe5O12に温度勾配を印加した状態で偏極中性子非弾性散乱を米国ORNLにおいて行い、マグノンスピン流の直接検出に挑んだ。また、4f電子を持つTb3Fe5O12について偏極中性子非弾性散乱をオーストラリアANSTOにて行い、マグノン極性を測定した。その結果、各磁気分散においてマグノン極性が互いに反対方向を向くこと、磁気補償温度を境に反転することを明らかにした。低温に向かってスピンゼーベック信号は減衰していくが、これはTb3Fe5O12の磁気分散がギャップエネルギーを持つため、スピン流が伝搬されないことを示している。これらのことから、物質の磁気分散と温度変化、およびマグノン極性が測定できれば、スピン流の温度変化は予言可能であることを示唆している。本成果はAppl. Phys. Lett.の特集号”Magnonics”に招待論文として出版され、Featured Article、およびAIP Publishing Showcaseに選出された。
さらに、現有の物性測定装置用に作製した試料インサートを用いて、高次の分極電流を測定できる環境を整備した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Oak Ridge National Laboratory
• [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] Institut Laue-Langevin(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Institut Laue-Langevin
• [雑誌論文] Thermal multiferroics in all-inorganic quasi-two-dimensional halide perovskites (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Zhu, X. Lu, T. Aoyama, K. Fujita, Y. Nambu, T. Saito, H. Takatsu, T. Kawasaki, T. Terauchi, S. Kurosawa, A. Yamaji, H.-B. Li, C. Tessel, K. Ohgushi, J. M. Rondinelli, H. Kageyama
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 23 ページ: 182-188
  • DOI: 10.1038/s41563-023-01759-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum criticality in YbCu4Ni (2024)
  • 著者名/発表者名: K. Osato, T. Taniguchi, H. Okabe, T. Kitazawa, M. Kawamata, H. Zhao, Y. Ikeda, Y. Nambu, D. P. Sari, I. Watanabe, J. G. Nakamura, A. Koda, J. Gouchi, Y. Uwatoko, M. Fujita
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 109 ページ: 024435
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.109.024435
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitrogen-Rich Molybdenum Nitride Synthesized in a Crucible under Air (2024)
  • 著者名/発表者名: M. Demura, M. Nagao, C.-H. Lee, Y. Goto, Y. Nambu, M. Avdeev, Y. Masubuchi, T. Mitsudome, W. Sun, K. Tadanaga, A. Miura
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 63 ページ: 4989-4996
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.3c04345
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Understanding spin currents from magnon dispersion and polarization: Spin-Seebeck effect and neutron scattering study on Tb3Fe5O12 (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawamoto, T. Kikkawa, M. Kawamata, Y. Umemoto, A. G. Manning, K. C. Rule, K. Ikeuchi, K. Kamazawa, M. Fujita, E. Saitoh, K. Kakurai, Y. Nambu
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 124 ページ: 132406
  • DOI: 10.1063/5.0197831
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Antiferromagnetic ordering and chiral crystal structure transformation in Nd3Rh4Sn13 (2024)
  • 著者名/発表者名: A. Shimoda, K. Iwasa, K. Kuwahara, H. Sagayama, H. Nakao, M. Ishikado, A. Nakao, S. Ohira-Kawamura, N. Murai, T. Ohhara, Y. Nambu
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 109 ページ: 134425
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.109.134425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutron Powder Diffractometer HERMES-After the Decade-Long Shutdown (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Nambu, Y. Ikeda, T. Taniguchi, M. Ohkawara, M. Avdeev, M. Fujita
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 93 ページ: －
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Materials Science and Condensed Matter Physics on PATH Triple-Axis Spectrometers AKANE and TOPAN (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Ikeda, T. Taniguchi, S. Takada, Y. Nambu, M. Ohkawara, M. Fujita
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: － ページ: －
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutron polarisation correction to triple-axis data with analytical derivations (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Nambu, M. Enderle, T. Weber, K. Kakurai
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2481 ページ: 012004
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2481/1/012004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High proton conduction in Ba2LuAlO5 with highly oxygen-deficient layers (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Morikawa, T. Murakami, K. Fujii, M. Avdeev, Y. Ikeda, Y. Nambu, M. Yashima
  • 雑誌名: Communications Materials 巻: 4 ページ: 42
  • DOI: 10.1038/s43246-023-00364-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of Field-induced Single-ion Magnetic Anisotropy in a Multiorbital Kondo alloy (Lu,Yb)Rh2Zn20 (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Kitazawa, Y. Ikeda, T. Sakakibara, A. Matsuo, Y. Shimizu, K. Kindo, Y. Nambu, K. Ikeuchi, K. Kamazawa, M. Ohkawara, M. Fujita
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 108 ページ: 085105
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.085105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dimer-Mediated Cooperative Mechanism of Ultrafast-Ion Conduction in Hexagonal Perovskite-Related Oxides (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuda, T. Murakami, M. Avdeev, K. Fujii, Y. Yasui, J. Hester, M. Hagihala, Y. Ikeda, Y. Nambu, M. Yashima
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 35 ページ: 9774-9788
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c02378
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 中性子を用いた構造解析の概略と酸水酸化物・錯体の実例 (2024)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 学術変革領域研究A「超セラミックス」第3回公開シンポジウム
• [学会発表] Neutron diffraction study on Co-based melilite compounds (2024)
  • 著者名/発表者名: M. Kawamata, M. Avdeev, Y. Nambu
  • 学会等名: The 46th Annual Condensed Matter and Materials Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Exploration of magnetism and flat bands in novel Kagome magnets (2024)
  • 著者名/発表者名: R. Misawa, R. Yamada, R. Nakano, M. Jovanovic, M. Avdeev, T. Arima, Y. Nambu, L. Schoop, M. Hirschberger
  • 学会等名: German Physical Society Spring Meeting 2024
  • 国際学会
• [学会発表] 中性子回折実験による六方ペロブスカイト関連酸化物Ba7Nb4MoO20系材料の結晶構造とイオン伝導メカニズム (2024)
  • 著者名/発表者名: 作田祐一, 村上泰斗, Maxim Avdeev, 藤井孝太郎, 安井雄太, James R. Hester, 萩原雅人, 池田陽一, 南部雄亮, 八 島正知
  • 学会等名: 2023年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 高強度中性子全散乱法による機能性材料の規則－不規則構造解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 本田孝志, 大下英敏, 大友季哉, 池田一貴, 樹神克明, 社本真一, 小野寺陽平, 森一広, 亀田恭男, 梅林泰宏, 渡辺日香 里, 吉田亨次, 永井哲郎, 山口敏男, 木村耕治, 榊浩司, Hyunjeong Kim, 中村優美子, 町田晃彦, 伊藤恵司, 佐野亜沙 美, 南部雄亮, 奥隆之, 奥平琢也, 高橋慎吾
  • 学会等名: 2023年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 完全に水和する六方ペロブスカイト関連酸化物の高プロトン伝導 (2024)
  • 著者名/発表者名: 松崎航平, 藤井孝太郎, 齋藤馨, 池田陽一, 南部雄亮, 八島正知
  • 学会等名: 日本金属学会2024年春期講演(第174回)大会
• [学会発表] 気相水酸化物化反応から生成した新規Sr-Ga酸水酸化物の合成と特性評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: 西原悠翔, 新井健司, 浅井祐介, 小久保陽光, 大石耕作, 小川哲志, 齋藤美和, 木本浩司, 南部雄亮, 本橋輝樹
  • 学会等名: 第133回触媒討論会
• [学会発表] ホイスラー合金Ru2CrSiの反強磁性状態 (2024)
  • 著者名/発表者名: 重田出, 青島英樹, 渕崎員弘, 南部雄亮, 廣井政彦
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] Nd3Rh4Sn13のカイラル対称結晶構造相における磁気秩序と結晶場分裂状態 (2024)
  • 著者名/発表者名: 岩佐和晃, 下田愛海, 桑原慶太郎, 佐賀山基, 中尾裕則, 石角元志, 河村聖子, 村井直樹, 大原高志, 中尾朗子, 南部雄亮
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] 構造解析と偏極中性子散乱研究における最近の進展 (2024)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
  • 招待講演
• [学会発表] van der Waals磁性体におけるトポロジカル転移 (2023)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 金研研究会~強相関物質における創発物性研究の現状と将来展望~
  • 招待講演
• [学会発表] 中性子粉末回折法を用いたEu-オケルマナイト化合物の構造決定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川又雅広, Maxim Avdeev, 南部雄亮
  • 学会等名: 学術変革領域研究A「超セラミックス」第3回領域会議
• [学会発表] 中性子を用いた構造解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 学術変革領域研究A「超セラミックス」第3回領域会議
• [学会発表] Magnon dispersions in a Dresselhaus antiferromagnet (2023)
  • 著者名/発表者名: X. Pang, M. Kawamata, M. Fujita, Y. Nambu
  • 学会等名: 第144回東北大学金属材料研究所講演会
• [学会発表] Unconventional spin dynamics in the two-dimensional antiferromagnet FeGa2S4 (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Tang, Y. Kawamoto, M. Kawamata, K. Nakajima, M. Matsuura, M. Fujita, Y. Nambu
  • 学会等名: 第144回東北大学金属材料研究所講演会
• [学会発表] Neutron scattering studies for spin dynamics in terbium iron garnets (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawamoto, K. Ikeuchi, K. Kamazawa, K. Rule, A. Manning, T. Kikkawa, E. Saitoh, K. Kakurai, M. Fujita, Y. Nambu
  • 学会等名: REIMEI-GIMRT workshop “Quantum Beams Study of the Dynamics of Rare Earth Garnets”
  • 招待講演
• [学会発表] 酸水酸化物と錯体の中性子構造解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 学術変革領域研究A「超セラミックス」第4回領域会議
• [学会発表] 大気下で合成したモリブデン窒化物 (2023)
  • 著者名/発表者名: 出村萌々香, 三浦章, 長尾雅則, 李哲虎, 後藤陽介, 南部雄亮, Maxim Avdeev, 鱒渕友治, 満留敬人, 藤井雄太, 忠永清治
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第36回秋季シンポジウム
• [学会発表] 新規高熱安定性Sr-Ga酸水酸化物の合成と結晶構造 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西原悠翔, 新井健司, 浅井祐介, 小久保陽光, 大石耕作, 小川哲志, 齋藤美和, 木本浩司, 南部雄亮, 本橋輝樹
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第36回秋季シンポジウム
• [学会発表] 新規Sr-Ga酸水酸化物の合成およびキャラクタリゼーション (2023)
  • 著者名/発表者名: 西原悠翔, 新井健司, 浅井祐介, 小久保陽光, 大石耕作, 小川哲志, 齋藤美和, 木本浩司, 南部雄亮, 本橋輝樹
  • 学会等名: 第39回日本セラミックス協会関東支部研究発表会
• [学会発表] 中性子偏極率補正の解析式とその実験的評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮, M. Enderle, T. Weber, 加倉井和久
  • 学会等名: 日本中性子科学会第23回年会
• [学会発表] 反転対称性の破れたフェリ磁性体Eu2MnSi2O7の磁気構造 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川又雅広, M. Avdeev, 藤田全基, 南部雄亮
  • 学会等名: 日本物理学会2023年年次大会
• [学会発表] 三軸分光器における中性子偏極率補正の解析表現とPx偏極実験における適用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮, M. Enderle, T. Weber, 加倉井和久
  • 学会等名: 日本物理学会2023年年次大会
• [備考] 化学置換なしで世界最高のプロトン伝導度を示す 新酸化物を創製・発見
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/06/press20230607-01-proton.html
• [備考] 超高速イオン伝導と高安定性を示す低環境負荷材料を創製し、新しい伝導機構を解明
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/11/press20231117-01-ion.html
• [備考] 塩化物による強誘電と強磁性の同時熱制御 ―塩化物におけるマルチフェロイックスの開拓―
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2024/01/press20240109-01-chloride.html
• [備考] 磁性の微視的情報からスピン流の挙動を予測可能 ─大幅な省エネを実現するスピントロニクスの進歩に貢献─
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2024/04/press20240409-03-spin.html
• [備考] カイラル結晶構造と反強磁気秩序の自発的出現 ～時間と空間の反転対称性が同時に破れた新奇構造を発見～
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2024/04/press20240426-03-chiral.html