ワイル超伝導体における自発磁化の可視化

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア
• 研究課題/領域番号: 18H04213
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 下澤 雅明 東京大学, 物性研究所, 助教 (40736162)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: SQUID顕微鏡 / ワイル超伝導 / 時間反転対称性の破れ

研究実績の概要

本年度は、時間反転対称性の破れたワイル物質（ワイル超伝導、ワイル磁性体）の研究を行うために、従来の走査型SQUID顕微鏡の改良に取り組んだ。具体的には、（１）SQUID顕微鏡の走査範囲の拡大、（２）従来のSQUID顕微鏡の運用を希釈冷凍機温度まで拡張、（３）横磁場銅マグネットの作製を行った。（１）に関しては、ベンディングピエゾ素子を使った走査システムを自作することで、走査範囲を５x５倍ほど広げることが可能になった。これによって、より短時間に測定することが可能になるとともに、大きな試料の精密な走査も可能になる。（２）を実現するためには、SQUID素子用にノイズの影響に強い同軸線１０本とピエゾシステムのために低抵抗線６本を通す必要がある。これらの測定線は、通常のマンガリン線などと比べて熱を運びやすいため、緻密な配線が必要となる。現在、配線中であり、近日中に完了する予定である。（３）については設計済みで、近々発注する予定である。
上記の研究以外にも、κ-H3(Cat-EDT-TTF)2がどのようなメカニズムで量子スピン液体状態を実現しているのかを解明するために、元素置換系であるκ-H3(Cat-EDT-d4-TTF)2とκ-H3(Cat-EDSe-TTF)2、κ-H3(Cat-EDT-ST)2の磁気トルク測定を行った。これらの磁気トルク測定は２年前に行なっていたが、カンチレバーなどのバックグランドの影響が大きく、試料の磁気信号を評価できていなかった。今回はバックグランドの影響を取り除くことで、精密に試料の磁気トルク信号を抽出しすることに成功した。この内容は、物理学会で発表している。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

上記（研究実績の概要）で報告した通り、時間反転対称性の破れたワイル物質の研究を行うために、従来の走査型SQUID顕微鏡の改良に取り組んでいる。主に３つのパーツを作成しており、着実に準備が進んでいる。来年度中には、改良したSQUID顕微鏡をワイル超伝導体の研究に適用し、研究を完了させる予定である。現在のところ、少し研究進捗状況が遅れていると考えている。

今後の研究の推進方策

今後は、ワイル超伝導体の局所直測定を行い、時間反転対称性の破れに関連した「自発磁化」の直接観測に取り組む。

研究成果

• [雑誌論文] Spin thermal Hall conductivity of a Kagome antiferromagnet (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Doki, M. Akazawa, H.-Y. Lee, J. H. Han, K. Sugii, M. Shimozawa, N. Kawashima, M. Oda, H. Yoshida, and M. Ymashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 121 ページ: 097203
  • DOI: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.097203
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unusual thermal Hall effect in a Kitaev spin liquid candidate α-RuCl3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Kasahara, K. Sugii, T. Ohnishi, M. Shimozawa, M. Yamashita, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 120 ページ: 217205
  • DOI: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.217205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous suppression in the de Haas-van Alphen oscillations of CeCoIn5 at ultra-low temperatures (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Shishido, S. Yamada, K. Sugii, M. Shimozawa, Y. Yanase, and M. Yamashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 120 ページ: 177201
  • DOI: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177201
  • 査読あり
• [学会発表] キラル反強磁性体CsCuCl3のc軸熱輸送特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤澤仁寿, 土岐勇人, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 高阪勇輔, 秋光純, 井上克也, J. Zaccaro, I. Gautier-Luneau, D. Luneau
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] ダイマーモット絶縁体κ-(BEDT-TTF)2Hg(SCN)2X, (X = Br, Cl)における磁化率・磁気トルク測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山下穣, 杉井かおり, 下澤雅明, 上田顕, 森初果, Natalia Drichko, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, Elena I. Zhilyaeva, Svetlana A. Torunova, Rimma N. Lyubovskaya
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] 水素結合型モット絶縁体Cat-EDT系における量子常誘電・常磁性状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井桜子, 下澤雅明, 近藤潤, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, 橋本顕一郎, 井口敏, 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] α-RuCl3における熱ホール効果の磁場角度依存性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 水上雄太, 田中桜平, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] Thermal transport properties of S = 1/2 Cd-kapellasite (2019)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Akazawa, Hayato Doki, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Minoru Yamashita, Hyun-Yong Lee, Naoki Kawashima, Ryutaro Okuma, Zenji Hiroi, Jung Hoon Han
  • 学会等名: APS March Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] カゴメ反強磁性体Cd-Kapellasiteの熱輸送特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 赤澤仁寿, 土岐勇人, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, Hyun-Yong Lee, 川島直輝, 大熊隆太郎, 広井善二, Jung Hoon Han
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] CeCoIn5における超低温下NMR測定 III (2018)
  • 著者名/発表者名: 山下穣, 田代光輝, 下澤雅明, 杉井かおり, 谷口貴紀, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] α-RuCl3におけるマヨラナ量子化条件の検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 水上雄太, 田中桜平, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] Quantum Disordered State of Magnetic and Electric Dipoles in Hydrogen-Bonded Organic Mott Insulator κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Shimozawa, K. Hashimoto, A. Ueda, Y. Suzuki, K. Sugii, S. Yamada, Y. Imai, R. Kobayashi, K. Itoh, S. Iguchi, M. Naka, S. Ishihara, H. Mori, T. Sasaki, and M. Yamashita
  • 学会等名: ICSM2018
  • 国際学会