キタエフ物質の基底状態制御

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21KK0242
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 水上 雄太 東北大学, 理学研究科, 准教授 (80734095)
• 研究期間 (年度): 2022 – 2024
• キーワード: キタエフ

研究実績の概要

本研究においては、キタエフ量子スピン液体候補物質に対して、結晶格子の点欠陥量を可逆的に変化させることで、キタエフ量子スピン液体候補物質の基底状態を制御することを目的とする。これまでの研究により、キタエフ量子スピン液体候補物質alpha-RuCl3において格子欠陥導入により反強磁性転移温度が低下することが分かっており、さらに元素置換系と比較すると非常に少ない欠陥量で転移温度が抑制されることが明らかとなっている。さらに、本研究では格子欠陥を導入した試料に対して磁場角度回転比熱測定を実施し、その低エネルギーの励起構造を調べたところ、純粋な系で観測された遍歴マヨラナ励起と同様な磁場角度依存性が観測された。この格子欠陥を導入した系をさらに詳細に調べると、遍歴的な励起に加えて、新たな局所的なマヨラナ励起が生じていることが比熱測定より明らかとなった。この成果について、米国科学誌のPhysical Review系雑誌において公表した。
また、反強磁性相のさらなる抑制を試みるために、海外出張を行い、格子欠陥導入の実験を実施した。現地での予備測定を行うことで、転移温度が低下していることを確認した。

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

これまで電子線照射を実施し、反強磁性転移温度が低下した試料においても、磁場角度回転比熱測定により純粋な系と同様な遍歴マヨラナ励起を観測した。さらに、このような系においては、導入した欠陥により新たな局所的なマヨラナ励起が生ずることが明らかとなった。

今後の研究の推進方策

今後も、alpha-RuCl3を始めとするキタエフ量子スピン液体候補物質に対する格子欠陥導入を行い、反強磁性転移温度のさらなる抑制を試みる。これに伴い、反強磁性が抑制される臨界磁場のより低い系を実現するとともに、低磁場の振る舞いや、新たな励起構造について詳細に調べる。

研究成果

• [雑誌論文] Majorana-fermion origin of the planar thermal Hall effect in the Kitaev magnet α-RuCl ₃ (2024)
  • 著者名/発表者名: Imamura Kumpei、Suetsugu Shota、Mizukami Yuta、Yoshida Yusei、Hashimoto Kenichiro、Ohtsuka Kenichi、Kasahara Yuichi、Kurita Nobuyuki、Tanaka Hidekazu、Noh Pureum、Nasu Joji、Moon Eun-Gook、Matsuda Yuji、Shibauchi Takasada
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 10 ページ: eadk3539
  • DOI: 10.1126/sciadv.adk3539
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Defect-Induced Low-Energy Majorana Excitations in the Kitaev Magnet <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mtext>?</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>RuCl</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math> (2024)
  • 著者名/発表者名: Imamura K.、Mizukami Y.、Tanaka O.、Grasset R.、Konczykowski M.、Kurita N.、Tanaka H.、Matsuda Y.、Yamada M.?G.、Hashimoto K.、Shibauchi T.
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 14 ページ: 011045
  • DOI: 10.1103/PhysRevX.14.011045
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Unusual crossover from Bardeen-Cooper-Schrieffer to Bose-Einstein-condensate superconductivity in iron chalcogenides (2023)
  • 著者名/発表者名: Mizukami Yuta、Haze Masahiro、Tanaka Ohei、Matsuura Kohei、Sano Daiki、B?ker Jakob、Eremin Ilya、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Shibauchi Takasada
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 6 ページ: 183
  • DOI: 10.1038/s42005-023-01289-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spin fluctuations from Bogoliubov Fermi surfaces in the superconducting state of S-substituted FeSe (2023)
  • 著者名/発表者名: Yu Zhongyu、Nakamura Koya、Inomata Kazuya、Shen Xiaoling、Mikuri Taketora、Matsuura Kohei、Mizukami Yuta、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Shibauchi Takasada、Uwatoko Yoshiya、Fujiwara Naoki
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 6 ページ: 175
  • DOI: 10.1038/s42005-023-01286-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two superconducting states with broken time-reversal symmetry in FeSe _{1? <i>x</i>} S _<i>x</i> (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuura K.、Roppongi M.、Qiu M.、Sheng Q.、Cai Y.、Yamakawa K.、Guguchia Z.、Day R. P.、Kojima K. M.、Damascelli A.、Sugimura Y.、Saito M.、Takenaka T.、Ishihara K.、Mizukami Y.、Hashimoto K.、Gu Y.、Guo S.、Fu L.、Zhang Z.、Ning F.、Zhao G.、Dai G.、Jin C.、Beare James W.、Luke Graeme M.、Uemura Y. J.、Shibauchi T.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 ページ: e2208276120
  • DOI: 10.1073/pnas.2208276120
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chiral superconductivity in UTe2 probed by anisotropic low-energy excitations (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishihara Kota、Roppongi Masaki、Kobayashi Masayuki、Imamura Kumpei、Mizukami Yuta、Sakai Hironori、Opletal Petr、Tokiwa Yoshifumi、Haga Yoshinori、Hashimoto Kenichiro、Shibauchi Takasada
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 2966
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38688-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 磁気トルク測定を用いた正方晶Fe(Se,S) におけるネマティック超伝導状態の検証 (2024)
  • 著者名/発表者名: 近藤玲央名, 石原滉大, 松浦康平, 劉蘇鵬, 水上雄太, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] 18%S置換FeSeの超伝導状態における異常なスピン揺らぎの圧力効果 (2024)
  • 著者名/発表者名: Z.-Y.Yu, 沈暁玲, 中村昂矢, 松浦康平, 水上雄太, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 上床美也, 藤原直樹
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] キタエフ物質α-RuCl3のバルク状態におけるマヨラナギャップ (2023)
  • 著者名/発表者名: 水上雄太
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] キタエフ量子スピン液体候補物質Na2Co2TeO6における比熱の磁場角度依存性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 房&#22307;杰, 今村薫平, 難波隆一, 水上雄太, 石原滉大, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 鉄系超伝導体FeSeにおける圧力下歪測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大野綾太郎, 水上雄太, Supeng Liu, 橋本顕一郎, 芝内孝禎, 壁谷典幸, 木村憲彰
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [備考] 東北大学 極低温量子物理研究室
  • URL: http://www.vlt.phys.tohoku.ac.jp/index.html
• [備考] 個人ホームページ
  • URL: https://sites.google.com/view/yutamizukamipage/home