NMR測定からアプローチするディラック電子の特異な反磁性と磁場下の電子状態

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21K03450
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 中井 祐介 兵庫県立大学, 理学研究科, 准教授 (90596842)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 核磁気共鳴 / NMR / Diracフェルミオン

研究実績の概要

本研究では、圧力下の黒リンに出現する特異な半金属相に注目し、圧力で容易にバンド構造とキャリア数を制御できる黒リンの特性を活かして従来のDirac電子系物質では困難だったキャリア数の精密制御を行い、Diracフェルミオン特有の性質を核磁気共鳴(NMR)測定から調べてきた。昨年度までに、黒リンの半金属相でDiracフェルミオンが存在する証拠となるゼロモードランダウ準位がNMR緩和率の磁場依存性に反映されることを明らかにしてきた。さらに、緩和率の磁場依存性の結果から、電子相関効果が反映されるフェルミ速度に関する情報も抽出できることを示した。これらの結果は、NMR測定がトポロジカル物質の微視的な特性についての知見を提供し、その研究に有用であることを示す重要な成果である。これまでは多結晶黒リン試料に対するNMR測定を行ってきたが、本年度は、Diracフェルミオンの異方性を調べるために、単結晶黒リンを用いた圧力下での精密NMRシフト測定を行った。黒リン試料とともに磁場校正用試料を圧力セル内に適切に配置することで、圧力セル内でも精密に黒リンのNMRシフトを決定できることがわかった。その結果、精密なNMRシフトの温度依存性測定が可能となり、半導体相におけるNMRシフトの温度依存性測定を完了できた。この結果は、Diracフェルミオンの特異な性質が期待される半金属相でのNMRシフトの結果を理解するうえで基礎となる成果である。また、黒リン関連物質を含む磁性トポロジカル候補物質に対してもNMR測定を行い、低温磁性相の微視的状態を調べた。

研究成果

• [雑誌論文] 71Ga NMR study on hexagonal La3FeGaS7 with a chiral crystal structure (2024)
  • 著者名/発表者名: Nakai Yusuke、Fujii Takuto、Yamane Yu、Mizutani Hijiri、Yamaguchi Akira、Sumiyama Akihiko、Mito Takeshi
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 ページ: 45-1～-8
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01891-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angle-controlled 11B-NMR studies of Kondo insulator SmB6 (2024)
  • 著者名/発表者名: Nishikawa Tomoki、Fujii Takuto、Nakai Yusuke、Mito Takeshi、Iga Fumitoshi
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 ページ: 17-1～-7
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01858-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Site-Selective NMR/NQR Study on Layered Tin Pnictide Superconductor NaSn2Pn2 (Pn = P and As) (2024)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi Shota、Nakai Yusuke、Goto Yosuke、Mizuguchi Yoshikazu、Fujii Takuto、Mito Takeshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 93 ページ: 023703-1～-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.93.023703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unique Band Structure of Pressure Induced Semiconducting State in SmS Characterized by 33S-Nuclear Magnetic Resonance Measurements (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Shogo、Ueda Hajime、Mutou Tetsuya、Katakami Shun、Okada Masato、Yokoyama Yuichi、Mizumaki Masaichiro、Hiraoka Naoka、Kitagawa Kentaro、Haga Yoshinori、Fujii Takuto、Nakai Yusuke、Mito Takeshi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 93 ページ: 013702-1～-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.93.013702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient NMR measurement and data analysis supported by the Bayesian inference: The case of the heavy fermion compound YbCo2Zn20 (2023)
  • 著者名/発表者名: Ueda H.、Katakami S.、Okada M.、Yoshida S.、Nakai Y.、Mito T.、Mizumaki M.
  • 雑誌名: Journal of Magnetic Resonance 巻: 357 ページ: 107585～107585
  • DOI: 10.1016/j.jmr.2023.107585
  • 査読あり
• [学会発表] 磁性ワイル半金属候補物質 EuMg2Bi2のEu-NMRによる研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 横山駿, 藤井拓斗, 中井祐介, 近藤雅起, 酒井英明, 花咲徳亮, 水戸毅
  • 学会等名: 日本物理学会 2024年春季大会
• [学会発表] 11B-NMR測定で観測される近藤絶縁体SmB6の低温異常 (2024)
  • 著者名/発表者名: 西川智稀, 藤井拓斗, 中井祐介, 水戸毅, 伊賀文俊
  • 学会等名: 日本物理学会 2024年春季大会
• [学会発表] Angle-controlled 11B-NMR studies of Kondo insulator SmB6 (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Nishikawa, T. Fujii, Y. Nakai, T. Mito, F. Iga
  • 学会等名: International Conference on Hyperfine Interactions and their Applications (HYPERFINE2023)
  • 国際学会
• [学会発表] 69,71Ga-NMR study on the magnetism in a Hexagonal Chiral material La3FeGaS7 (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakai Yusuke、Fujii Takuto、Yamane Yu、Mizutani Hijiri、Yamaguchi Akira、Sumiyama Akihiko、Mito Takeshi
  • 学会等名: International Conference on Hyperfine Interactions and their Applications (HYPERFINE2023)
  • 国際学会
• [学会発表] 擬一次元Eu化合物Eu2BiS4のNMRによる研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 金子廉, 山根悠, 藤井拓斗, 中井祐介, 山口明, 住山昭彦, 水戸毅
  • 学会等名: 日本物理学会 第78回年次大会
• [学会発表] SmS金色相における特異なギャップ状態Ⅱ (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉田章吾, 合田翔, 平岡奈緒香, 北川健太郎, 武藤哲也, 上田朔, 片上舜, 岡田真人, 横山優一, 水牧仁一朗, 芳賀芳範, 藤井拓斗, 中井祐介, 水戸毅
  • 学会等名: 日本物理学会 第78回年次大会
• [学会発表] 近藤絶縁体SmB6単結晶試料の角度制御NMR測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西川智稀, 藤井拓斗, 中井祐介, 水戸毅, 伊賀文俊
  • 学会等名: 日本物理学会 第78回年次大会
• [学会発表] トポロジカル磁性半金属α-EuP3の角度分解31P-NMR測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 横山駿, 藤井拓斗, 中井祐介, 水戸毅, メイヨーアレックス浩A, 高橋英史B, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会 第78回年次大会
• [学会発表] A Possible New Phase in Zero-field Region in Antiferro-quadrupole Ordered Phase of CeB6 (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Mito, Hiroki Mori, Keisuke Miyamoto, Taichi Tanaka, Yusuke Nakai, Koichi Ueda, Fumitoshi Iga, Hisatomo Harima
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023 (SCES2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Low-Temperature Anomalies in Novel Layered Superconductor NaSn2As2 Detected by NMR/NQR (2023)
  • 著者名/発表者名: Shota Nakanishi, Yusuke Nakai, Takeshi Mito, Yosuke Goto, Yoshikazu Mizuguchi
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023 (SCES2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Unraveling the Nature of Dirac Fermions in Black Phosphorus through Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nakai, Takuto Fujii, Kenta Fujiwara, Michihiro Hirata, Yasumasa Hasegawa, Takuji Nomura, Yuichi Akahama, Takeshi Mito
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023 (SCES2023)
  • 国際学会
• [備考] 兵庫県立大学 電磁物性学講座webサイト
  • URL: https://sites.google.com/view/u-hyogo-nmr/home