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2021 年度 実績報告書

新奇量子凝縮相の探索的研究と特性解明:フラクタル超伝導とエキシトン絶縁体への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 21H01028
配分区分補助金
研究機関愛知工業大学

研究代表者

佐藤 憲昭  愛知工業大学, 工学部, 教授 (30170773)

研究分担者 井村 敬一郎  名古屋大学, 理学研究科, 助教 (10444374)
壁谷 典幸  東北大学, 理学研究科, 助教 (70633642)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード準結晶 / エキシトン凝縮 / 近似結晶 / フラクタル超伝導
研究実績の概要

本研究の究極目標は、準結晶特有の電子状態(超伝導、磁性および強相関効果)の解明とblack-SmSにおけるエキシトン凝縮の実証である。準結晶に関してこれまでに得られた成果を整理し、従来の周期結晶には存在しない(未だ実証されていない)「量子臨界相」とでもいうべき状態が準結晶で発現する可能性を明らかにした。これらの成果を、英文誌 Journal of the Physical Society of Japan の Invited Review Paper に執筆した(2022年3月に脱稿し、2022年6月にオンライン版が出版)。また、価数と磁化率の同時発散/クロスオーバーを示す蔡型近似結晶を見出し、その結果を国際会議で報告した。準結晶超伝導の研究においては、当初の研究計画に従い、これまでに見いだされている超伝導近似結晶とは異なる近似度を有する超伝導近似結晶の探索を行った。その結果、1/1近似結晶と2/1近似結晶の中間の近似度を有する超伝導近似結晶(Al-Zn-Mg 2/1-1/1-1/1)を発見し、国際会議で報告した。残念ながら、試料全体が超伝導状態になるには至らなかったため、良質試料の作成が課題として残された。black-SmSにおけるエキシトン凝縮の実証研究においては、本研究で見出していた低温相転移が「エキシトン凝縮状態においては低温で自発的対称性の破れが発現する」との理論研究の結果と関係づけられることを見出した。理論研究者との(Zoomを通したオンライン)討論により、black-SmSのエキシトン凝縮の実証にさらに一歩近づいたと考えている。

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

準結晶の電子状態の解明のためには、超伝導状態だけでなく、常伝導状態における強相関効果等の理解が必要である。そのために進めてきた「準結晶における強相関効果および磁性」に関するレビュー論文の執筆を終え(2021年度3月)、2022年6月にはオンライン上で公開が為された。公開後2か月の間に1000を超えるダウンロードが為され、期待通りの成果が得られた。準結晶における電気伝導解明に関しては、低温で半導体的様相(可変領域ホッピング伝導)を示す近似結晶を発見し、現在、同様の温度依存性を示すAl-Pd-Re準結晶との比較研究を行っている。これらをまとめることにより、準結晶および近似結晶における金属-絶縁体相転移に関する議論を行うことができると期待している。準結晶超伝導(フラクタル超伝導)に関しては、新しい超伝導近似結晶の発見に至ったが、超伝導性はバルクの性質とまでは言えず、さらなる試料の純良化が必要である。black-SmSにおいては、理論研究との比較研究により、エキシトン凝縮の実証に大きく近づいたと考えている。

今後の研究の推進方策

準結晶に関しては次の2点が課題として残されている。(1)超伝導近似結晶試料の純良化を進め、(2)手持ちの試料を用いた「常伝導状態における電気伝導性と(準結晶に対する)近似結晶の近似度の関係を明らかにする」ことである。エキシトン凝縮に関しては、black-SmSにおける実験結果と理論研究の結果との比較研究を深化させることが課題として残されている。2021年度は(新型コロナの影響により)Zoomを用いた議論に留まり、深い議論を行うには至らなかったので、次年度以降は、対面での詳細な議論を行い、共同研究の形にまで発展させていきたい。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Effects of Electron Correlation and Geometrical Frustration on Magnetism of Icosahedral Quasicrystals and Approximants - An Attempt to Bridge the Gap between Quasicrystals and Heavy Fermions2022

    • 著者名/発表者名
      Sato Noriaki K.、Ishimasa Tsutomu、Deguchi Kazuhiko、Imura Keiichiro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 91 ページ: -

    • DOI

      10.7566/JPSJ.91.072001

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Eigenstate analysis of the crystal electric field at low-symmetry sites: Application for an orthogonal site in the tetragonal crystal Ce2Pd2Pb2022

    • 著者名/発表者名
      Kabeya N.、Takahara S.、Arisumi T.、Kimura S.、Araki K.、Katoh K.、Ochiai A.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.014419

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Elastic study of electric quadrupolar correlation in the paramagnetic state of the frustrated quantum magnet Tb2+δTi2-δO72022

    • 著者名/発表者名
      Nii Y.、Hirokane Y.、Nakamura S.、Kabeya N.、Kimura S.、Tomioka Y.、Nojima T.、Onose Y.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.094414

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum spin fluctuations and hydrogen bond network in the antiferromagnetic natural mineral henmilite2021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Hajime、Sakakura Terutoshi、Jeschke Harald O.、Kabeya Noriyuki、Hayashi Kanata、Ishikawa Yuya、Fujii Yutaka、Kishimoto Shunji、Sagayama Hajime、Shigematsu Kei、Azuma Masaki、Ochiai Akira、Noda Yukio、Kimura Hiroyuki
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 5 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevMaterials.5.104405

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Appearance of a field-induced phase and a quantum critical line in pressurized Yb2Pd2Sn2021

    • 著者名/発表者名
      Kabeya N.、Komuro H.、Kimura N.、Ochiai A.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.184405

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Field-induced anomalous magnetic state beyond the magnetically ordered state in the slightly distorted triangular S=1/2 rare-earth antiferromagnet CeZn3P32021

    • 著者名/発表者名
      Ochiai A.、Kabeya N.、Maniwa K.、Saito M.、Nakamura S.、Katoh K.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 ページ: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.104.144420

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 準結晶における電子相関効果―重いフェルミ液体と非フェルミ液体そして超伝導―2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤憲昭, 出口和彦, 井村敬一郎
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 56 ページ: 55-64

    • 査読あり
  • [学会発表] 時間角度分解光電子分光によるSmSの光誘起相転移ダイナミクス2022

    • 著者名/発表者名
      陳奕同, 中村拓人, 渡邊浩, 鈴木剛, 任千慧, 劉珂成, 鐘益桂, 金井輝人, 板谷治郎, 辛埴, 岡﨑浩三, 井村敬一郎, 鈴木博之, 佐藤憲昭, 木村真一
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [学会発表] La1-xSrxMnO3薄膜/BaTiO3(100)の磁気特性における変調効果2022

    • 著者名/発表者名
      井村敬一郎、石川翔太、小森祥央、谷山智康
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [学会発表] Fe/FeRh 規則合金ヘテロ構造における強磁性共鳴の界面効果2022

    • 著者名/発表者名
      大村浩貴, 小森祥央, 井村敬一郎, 谷山智康
    • 学会等名
      2022年 第69回 応用物理学会 春期学術講演会
  • [学会発表] Fe1-xRhx規則合金薄膜における強磁性共鳴と磁気ダンピング異常2022

    • 著者名/発表者名
      大澤優子,大村浩貴,小森祥央,井村敬一郎,谷山智康
    • 学会等名
      2022年 第69回 応用物理学会 春期学術講演会
  • [学会発表] Nb/Co/PMN-PTヘテロ構造における超伝導転移温度の電界制御2022

    • 著者名/発表者名
      菊田智弘,小森祥央,井村敬一郎,谷山智康
    • 学会等名
      2022年 第69回 応用物理学会 春期学術講演会
  • [学会発表] Fe70Co30/PMN-PT(001)における電気-磁気結合の界面依存性2022

    • 著者名/発表者名
      菅野樹,小森祥央, 井村敬一郎, 谷山智康
    • 学会等名
      2022年 第69回 応用物理学会 春期学術講演会
  • [学会発表] CeIrSi3の反強磁性相内における異常な相転移2022

    • 著者名/発表者名
      呉易簡, 佐野大樹, 三関祐太, 壁谷典幸, 木村憲彰, 榊原俊郎
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [学会発表] 低対称希土類サイトの結晶場固有状態のマクロ測定による決定手法2022

    • 著者名/発表者名
      壁谷典幸, 髙原祥真, 有住拓也, 木村尚次郎, 荒木幸治, 加藤健一, 落合明
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [学会発表] Thermodynamic properties of the superconductivity in the Al-Zn-Mg 2/1-1/1-1/1 periodic approximant2021

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Kabeya, Yuma Hirano, Noriaki K Sato, Hiroyuki Takakura
    • 学会等名
      Materials Reserch Meeting 2021 (MRM2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Valence and Magnetic Singularity/Crossover in Tsai-type Approximant Crystals2021

    • 著者名/発表者名
      K. Imura, Y. Yoneyama, H. Ando, K. Sakamoto, S. Yokota, K. Deguchi, H. Yamaoka, N. Hiraoka,H. Ishii, T. Ishimasa and N. K. Sato
    • 学会等名
      Materials Reserch Meeting 2021 (MRM2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] La1-xSrxMnO3薄膜/BaTiO3(100)における磁気異方性変調効果2021

    • 著者名/発表者名
      石川翔太, 小森祥央, 井村敬一郎, 谷山智康
    • 学会等名
      日本磁気学会 第45回学術講演会
  • [学会発表] 薄膜界面マルチフェロイクスのための PMN-PT(110) 薄膜の高品質成長2021

    • 著者名/発表者名
      橋本敬宏, 小森祥央, 井村敬一郎, 谷山智康
    • 学会等名
      第82回 応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] SmSにおける電流誘起絶縁体金属転移現象2021

    • 著者名/発表者名
      渡邊浩, 立川 槙吾, 井村敬一郎, 鈴木博之, 佐藤憲昭, 木村真一
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋期大会
  • [学会発表] Zn-Au-Yb準結晶・2/1・1/1近似結晶におけるYb価数の格子定数依存性2021

    • 著者名/発表者名
      井村敬一郎、米山祐樹、安藤秀行、出口和彦、山岡人志、平岡望、石井啓文、石政勉、佐藤憲昭
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋期大会
  • [学会発表] 岡山県産鉱物逸見石の水素結合ネットワークと磁性2021

    • 著者名/発表者名
      山本孟, 坂倉輝俊, Harald O. Jeschke, 壁谷典幸, 林哉汰, 石川裕也, 藤井裕, 岸本俊二, 佐賀山基, 重松圭, 東正樹, 落合明, 野田幸男, 木村宏之
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
  • [学会発表] Shastry-Sutherland磁性体 Ce2Pd2Pbにおける磁場誘起部分磁気秩序相2021

    • 著者名/発表者名
      小金怜央, 壁谷典幸, 落合明
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会

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公開日: 2023-12-25  

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