| 研究課題/領域番号 |
22H00102
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
大串 研也 東北大学, 理学研究科, 教授 (30455331)
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| 研究分担者 |
木村 憲彰 東北大学, 理学研究科, 教授 (30292311)
青山 拓也 東北大学, 理学研究科, 助教 (80757261)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 強相関電子系 / 金属絶縁体転移 / 磁気多極子 / 遷移金属化合物 |
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| 研究実績の概要 |
我々が発見した新しい蜂の巣格子化合物RuX3 (X=Br, I)に対して、高圧下の結晶構造と電子物性を調べた。ダイアモンドアンビル型高圧発生装置を用いることで、20 GPaまでの粉末X線回折測定と電気抵抗率測定を行った。その結果、RuBr3の温度圧力相図には、(1) 絶縁体的な電気特性を示す理想的なハニカム相（0 < P < 4 GPa ）、(2)より絶縁体的な電気特性を示すジグザグ鎖が形成された相（4 < P < 10 GPa）、(3) 比較的電気抵抗が小さいアモルファス相（10 < P < 18 GPa）が存在することが分かった。一方で、 RuI3 の温度圧力相図には、(1) 半金属的な電気特性を示す理想的なハニカム相（0 < P < 7 GPa）、(2) 半金属的な電気特性を示すジグザグ鎖が形成された相（7 < P < 14 GPa）、(3）温度に依存しない電気抵抗を示すダイマー相（14 < P < 30 GPa）が存在することが分かった。これらの結果から、キタエフスピン液体候補物質RuCl3で見られた圧力誘起構造相転移は、周辺物質でも普遍的にみられることが分かった。
我々が開発したSQUIDに導入可能な対向アンビル型高圧発生装置を駆使して、交代磁性体候補物質MnTeにおけるピエゾ磁気効果を調べた。応力に対して線形に発達する磁化を観測し、ピエゾ磁気効果テンソルの大きさを正確に評価することに成功した。磁気八極子に起因するピエゾ磁気効果テンソルはQ = 1.38×10－8 μB/Mn/MPa であり、これはMnF2で観測された値と同等である。また、応力磁場冷却の条件を変えてピエゾ磁気効果の大きさを評価することで、ピエゾ磁気効果により反強磁性体におけるドメイン構造を制御できることを実証した。
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| 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
本研究課題では、スピン軌道相互作用の卓越した強相関電子物質において、新奇な電子状態を探索するとともに革新的な物性を開拓するものである。令和五年度は、蜂の巣格子化合物RuX3 (X=Br, I)3の圧力効果に関して着実な進展があった。当初期待していた圧力誘起超伝導の発見には至らなかったものの、圧力下で多彩な結晶構造・電子状態が実現することが分かった。また、磁気多極子秩序系についても重要な成果が挙がった。MnTeにおけるピエゾ磁気効果は、磁気八極子秩序に起因する新規物性として興味深いだけでなく、交代磁性体における反強磁性ドメインを制御する可能性を提示したものとして意義がある。交代磁性体におけるスピン分裂をスピン分解ARPESにより調べることは喫緊の課題であるが、こうした実験のための基盤を築いたものと位置付けることができる。さらに、オリビン型化合物Co2SiO4やパイロクロア型酸化物Cd2Os2O7におけるピエゾ磁気効果の研究もスタートさせることができた。以上のように、当初の計画に沿って、研究活動は順調に進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでのキタエフスピン液体候補物質RuX3 (X=Br, I)のバンド幅制御に関する成果を礎に、フィリング制御による物性開拓を行う。具体的には、ソフト化学法によるアルカリ金属インターカレーションおよびアニオンの元素置換によりフィリング制御を行う。得られた物質に対して、電気抵抗率・磁化率・比熱などを測定し、金属絶縁体転移近傍に現れる新規物性を開拓する。磁気多極子秩序系に関しては、前年度、着手したオリビン型化合物Co2SiO4やパイロクロア型酸化物Cd2Os2O7におけるピエゾ磁気効果の研究を深化させる。一軸応力印加状態における磁化測定および磁場印可状態における歪測定を行うことで、ピエゾ磁気効果テンソルの大きさを正確に評価する。磁気円二色性を用いた磁気ドメインのイメージングにも挑む。
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