Probing quantum critical phenomena driven by diverse order parameter via complementary use of quantum beams

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K05031
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 金子 耕士 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (30370381)
• Project Period (FY): 2016-10-21 – 2020-03-31
• Keywords: 量子臨界現象 / 中性子散乱 / 放射光実験 / 磁気スキルミオン格子

Outline of Annual Research Achievements

本課題では，秩序変数の担い手として磁性・格子やその結合に着目し，秩序波数や外場応答，電子状態について調べ，臨界点近傍で現われる新奇現象を量子ビームをプローブとして調べてきた．最終年度である本年度は，昨年度に発見した，EuPtSiで有限磁場下の臨界領域で実現するf電子系初の磁気スキルミオン格子について研究を進めた．中性子回折と相補的な放射光X線による磁気スキルミオン相の測定で高調波の観測に成功し，tiriple-q構造である直接的な証拠として成果をまとめた．またf電子系の特徴の一つである印加磁場異方性について，中性子小角散乱および放射光X線回折から，磁気スキルミオン格子が格子と強く結合し，d電子系とは大きく異なることを見出した．
格子系である(Sr,Ca)3T4Sn13(T=Ir,Rh)については，母物質Sr3Ir4Sn13について，これまでの単結晶中性子回折及び放射光非弾性散乱の結果を成果としてまとめた．またT=Rhでは，量子臨界点近傍での構造相転移の振る舞いを放射光X線回折実験により詳細に調べ，量子臨界点に近付くにつれて相転移の様相が変化することを見出した．また別な格子系であるLu(Pd,Pt)2Inについては，放射光X線非弾性散乱から２次の構造相転移がソフトフォノンによって引き起こされる点など、(Sr,Ca)3Rh4Sn13との類似性を明らかにし，国際会議で発表した．
さらにスピン系であるEu化合物において，新たな着眼点として磁気異方性の競合に着目し，多彩な磁気異方性を示すEuTIn4(T=Ni,Pd,Pt)の磁気構造を系統的に調べ，この内EuNiIn4について基底状態の磁気構造及び特徴的な磁気多段転移についての成果を報告した．
研究期間を通して，中性子と放射光の相補的利用によい，様々な秩序変数を対象とした物質系について系統的なデータの取得に成功し，重要な成果が得られた．

Research Products

• [Int'l Joint Research] Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Oak Ridge National Laboratory
• [Int'l Joint Research] Chinese University of Hong Kong(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Chinese University of Hong Kong
• [Int'l Joint Research] MPl for Chemical Physics of Solids(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: MPl for Chemical Physics of Solids
• [Int'l Joint Research] CEA-Grenoble(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: CEA-Grenoble
• [Journal Article] Nature of Structural Instabilities in Superconducting Sr3Ir4Sn13 (2020)
  • Author(s): Kaneko Koji、Cheung Yiu Wing、Hu Yajian、Imai Masaki、Tanioku Yasuaki、Kanagawa Hibiki、Murakawa Joichi、Moriyama Kodai、Zhang Wei、Lai Kwing To、Matsuda Masaaki、Yoshimura Kazuyoshi、Tsutsui Satoshi、Goh Swee Kuan
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 30 Pages: 011032-1~6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.30.011032
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multi-Step Magnetic Transitions in EuNiIn4 (2020)
  • Author(s): Ikeda Shugo、Kaneko Koji、Tanaka Yuki、Kawasaki Takuro、Hanashima Takayasu、Munakata Koji、Nakao Akiko、Kiyanagi Ryoji、Ohhara Takashi、Mochizuki Kenji、Kondo Akihiro、Kindo Koichi、Homma Yoshiya、Frontzek Matthias D.、Kobayashi Hisao
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 89 Pages: 014707-1～7
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.014707
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] μSR and Neutron Scattering Studied on Possible Partially-Disordered Magnetic State Coexisting with Heavy Quasiparticles in SmPt2Si2 (2020)
  • Author(s): Nakamura Naoki、Higashinaka Ryuji、Fushiya Kengo、Tsubota Ryo、Ito Takashi U.、Higemoto Wataru、Nakao Akiko、Kiyanagi Ryoji、Ohhara Takashi、Kaneko Koji、Matsuda Tatsuma D.、Aoki Yuji
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 29 Pages: 012009-1~6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.29.012009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unique Helical Magnetic Order and Field-Induced Phase in Trillium Lattice Antiferromagnet EuPtSi (2019)
  • Author(s): Kaneko Koji、Frontzek Matthias D.、Matsuda Masaaki、Nakao Akiko、Munakata Koji、Ohhara Takashi、Kakihana Masashi、Haga Yoshinori、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Pages: 013702-1～5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.013702
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Magnetic Field Induced Triple-q Magnetic Order in Trillium Lattice Antiferromagnet EuPtSi Studied by Resonant X-ray Scattering (2019)
  • Author(s): Tabata Chihiro、Matsumura Takeshi、Nakao Hironori、Michimura Shinji、Kakihana Masashi、Inami Toshiya、Kaneko Koji、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Pages: 093704-1～5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.093704
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study on use of superconducting magnet and first inelastic neutron scattering experiment under magnetic field at 4SEASONS spectrometer (2019)
  • Author(s): Kajimoto Ryoichi、Ishikado Motoyuki、Kira Hiroshi、Kaneko Koji、Nakamura Mitsutaka、Kamazawa Kazuya、Inamura Yasuhiro、Ikeuchi Kazuhiko、Iida Kazuki、Murai Naoki、Ohira-Kawamura Seiko、Takahashi Ryuta、Aoyama Kazuhiro、Kambara Wataru
  • Journal Title: Physica B: Condensed Matter Volume: 556 Pages: 26～30
  • DOI: 10.1016/J.PHYSB.2018.11.065
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 4f電子系化合物EuPtSiにおける磁気スキルミオン (2019)
  • Author(s): 金子耕士，垣花将司，辺土正人，仲間隆男，大貫惇睦
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 54 Pages: 757～766
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] JRR-3 装置群を活用した強相関電子系研究の再稼働 ~J-PARCとの相補性~ (2020)
  • Author(s): 金子耕士
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会 シンポジウム
• [Presentation] 中性子散乱でみるEuPtSi のA相およびその異方性 (2020)
  • Author(s): 金子耕士, 田端千紘, 大石一城, 伊藤孝, 中尾裕則, Matthias D. Frontzek, 松田雅昌, 宗像孝司, 中尾朗子, 大原高志, 垣花将司, 芳賀芳範, 辺土正人, 仲間隆男, 大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] Skyrmion lattice in 4f-electron magnet EuPtSi: neutron scattering study (2019)
  • Author(s): Koji Kaneko, Matthias D. Frontzek, Masaaki Matsuda, Takashi U. Ito, Kazuki Ohishi, Akiko Nakao, Koji Munakata, Takashi Ohhara, Masashi Kakihana, Yoshinori Haga, Masato Hedo, Takao Nakama, and Yoshichika Onuki
  • Organizer: J-Physics 2019 International Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] First experiments at WAND2 & JRR-3 and J-PARC instrument suite (2019)
  • Author(s): Koji Kaneko
  • Organizer: WAND2 - complementarity and synergy effects with the JRR-3 instrument suite
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Probing the A phase of EuPtSi by neutron scattering (2019)
  • Author(s): K. Kaneko, C. Tabata, K. Ohishi, T. U. Ito, H. Nakao, M. D. Frontzek，M. Matsuda，K. Munakata，A. Nakao，T. Ohhara, M. Kakihana，Y. Haga，M. Hedo，T. Nakama，Y. Onuki
  • Organizer: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • Invited
• [Presentation] JRR-3の現状と展望 (2019)
  • Author(s): 金子耕士
  • Organizer: 23rd CROSSroads Workshop 「量子ビーム実験施設における試料環境」
  • Invited
• [Presentation] Power of new 2D-PSD of WAND2 (2019)
  • Author(s): Koji Kaneko, Matthias D. Frontzek, S. Ikeda, M. Kakihana, M. Hedo, T. Nakama, Y. Onuki
  • Organizer: 2019 Neutron Scattering User Meeting, Oak Ridge National Laboratory
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多次元化した新広角中性子回折装置 WAND2 (2019)
  • Author(s): 金子 耕士, Matthias D. Fronzek , 深澤 裕, 脇本 秀一, 加倉井 和久
  • Organizer: 東北大金研-CROSSワークショップ「J-PARCとJRR-3の相補利用による偏極中性子科学の新展開」
• [Presentation] Nature of structural instabilities in superconducting (Ca,Sr)3T4Sn13 (T=Rh, Ir) (2019)
  • Author(s): Koji Kaneko, Yiu Wing Cheung, Yajian Hu, Masaki Imai, Yasuaki Tanioku, Hibiki Kanagawa, Joichi Murakawa, Kodai Moriyama, Wei Zhang, Kwing T. Lai, Masaaki Matsuda, Kazuyoshi Yoshimura, Satoshi Tsutsui, Swee K. Goh
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • Int'l Joint Research