2020 Fiscal Year Annual Research Report
DC Electric Field and Current: Novel Control Parameters for Strongly Correlated Electron Systems
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17H06136
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
前野 悦輝 京都大学, 理学研究科, 教授 (80181600)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 文彦 久留米工業大学, 工学部, 教授 (40231477)
寺崎 一郎 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30227508)
菊川 直樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主幹研究員 (00442731)
吉田 鉄平 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (10376600)
岡崎 竜二 東京理科大学, 理工学部物理学科, 准教授 (50599602)
鈴木 孝至 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (00192617)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | 非平衡定常状態 / NESS / ルテニウム酸化物 / モット絶縁体 / 熱電現象 / 赤外線サーモグラフィー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
主に定常電流による非平衡定常状態（NESS）での新奇現象の発現と機構理解に向けた研究を進め、発熱効果に伴う技術的課題の克服も進めた。
【1】 4ｄ電子系ルテニウム酸化物 Ca2RuO4の電流効果： 赤外線カメラでの温度測定の下、電流パルス実験から、非線型伝導には定常的エネルギー散逸が必須であることを明らかにした。また、サーマルイメージング動画による絶縁体・金属転移の微細分域構造の顕微観察結果も論文公表し、局所過熱効果の重要性を定量化した。さらに、電流下での構造変化の基礎知見となる弾性定数の温度変化をX線非弾性散乱から明らかにし、反強磁性転移との関連を見出した。この他、角度分解光電子分光による酸素過剰系での電子状態解明、電気二重層トランジスタ構造での電場誘起現象の研究も進めた。
【2】 電流の下での物性測定技術：赤外線サーモグラフィーによる温度測定法を標準技術とすべく、実証成果を複数論文で発表した。一方、赤外線カメラが有効でない低温では、試料に直付けした小さな抵抗温度計による測定温度信頼性を高める開発研究も進めた。特に重要な結果として、定常電流下で反磁性にみえた信号の原因が、実は試料ホルダーの局所過熱によるバックグラウンド磁化の変化によることを定量的に解明して論文発表した。
【3】 関連酸化物での非平衡定常現象： 電流誘起効果の対象としてCa3Ru2O7での磁気秩序テクスチャー、コバルト酸化物での導電性変化、また、超伝導相の異方性の電流制御の研究を進めた。
令和2年度に久留米工業大学で開催予定のNESS2020は、COVID-19との関係で実現しなかった。それを補うため、各グループの研究進展状況の情報交換や、共同研究の打ち合わせは随時、電子メール等で行っている。PD2名の雇用を国際公募と面接を経て決定したが、COVID-19の下、2020年1月に予定の来日はまだ実現していない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
◆研究の重要性が増した点：定常電流で誘起される量子現象の研究が広がりを見せている。例としてトロイダルモーメントの磁気秩序系での電流誘起磁化測定や、ラシュバ効果の強い半導体での非相反輸送現象などの研究が注目されている。しかし、ジュール過熱の影響が十分に考慮されていない場合もあり、本研究の役割の重要性が増している。ジュール発熱の下で電流効果を発熱効果と明確に分離するための測定プロトコルの確立を順調に進めている。特に、試料ホルダーの局所過熱による磁化測定への影響を取り去った測定にも成功し、日本物理学会・アメリカ物理学会で発表した。
◆順調に進展している部分:赤外線サーモグラフィーによる温度測定を基に、顕微サーマルイメージング動画やレーザー変位計も導入して、非平衡定常状態(NESS)での非線形導電性や熱電効果、格子変形、相分離観測などの研究を順調に進めている。国際共同研究からの成果もあがっており、アメリカ物理学会でも複数の講演を行った。また、電場印加のもとでの光電子分光による電子状態の観測には、試料中の化学ポテンシャルの勾配を避ける局所測定が必要で、最近大いに発展したマイクロ・プローブの光電子分光技術とニーズが一致して、研究が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021（R3）年度は最終年度に当たり、研究テーマを絞り込んで成果をまとめるとともに、今後の展開に向けた指針を示す。
【1】 4d電子系ルテニウム酸化物 Ca2RuO4の電流誘起効果： 非線形伝導、熱電効果、格子変形効果、局所分域構造イメージング、マイクロ光電子分光などの研究成果をまとめる。特に、ペルチェ係数の異常な増加、レーザー変位計を用いた熱膨張の過渡現象などについて、機構の理解を深める。また、電気二重層トランジスタ構造での電場誘起現象を明らかにする。
【2】 電流の下での物性測定技術： 通電による発熱の下での磁化測定プロトコルを確立し、ルテニウム酸化物に対する磁化や磁気転移温度に対する電流効果について、確度の高い測定結果を獲得する。また、電気抵抗測定についても、高抵抗試料に対する低温までの測定技術を確立する。
【3】 関連酸化物での非平衡定常現象：関連の酸化物、トポロジカル物質、また超伝導体における定常電流下での非平衡効果についても研究を進める。特に、ルテニウム酸化物の超伝導状態について、上部臨界磁場の精密測定から、電流誘起の異方性効果や超伝導対称性の変化の有無を明らかにする。
5月頃に分担者を中心にオンラインでの戦略研究会を開催し、最終年度の研究方針を確認する。プロジェクトのまとめとして京都大学で開催予定の公開国際会議NESS2022については、COVID-19との関係で開催時期・方法の決定を慎重に行う。京都大学、久留米工業大学、東京理科大学で研究者を雇用する。
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[Journal Article] Observation of metal to nonmagnetic insulator transition in polycrystalline RuP by photoemission spectroscopy2020
Author(s)
Daiki Ootsuki, Kei Sawada, Hiroki Goto, Daigorou Hirai, Daisuke Shibata, Masato Kawamoto, Akira Yasui, Eiji Ikenaga, Masashi Arita, Hirofumi Namatame, Masaki Taniguchi, Tatsuya Toriyama, Takehisa Konishi, Yukinori Ohta, Naurang L. Saini, Teppei Yoshida, Takashi Mizokawa, and Hidenori Takagi
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 101
Pages: 165113-1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 面内磁場・電流下でのSr2RuO4の上部臨界磁場の異方性2020
Author(s)
荒木遼, 三好拓人, 諏訪春輝, 米澤進吾, Esteban Ignacio Paredes Aulestia, King Yau Yip, Kwing To Lai, Swee Kuan Goh, 前野悦輝
Organizer
日本物理学会2020年秋季大会, 2020年9月8-11日, 14-17日, [オンライン]
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[Presentation] 酸素量制御したルテニウム酸化物Ca2RuO4+δの軟X線角度分解光電子分光2020
Author(s)
宮下剛夫, 岩澤英明, 吉川智己, 小澤秀介, 尾田拓之進, 室隆桂之, 小倉弘幹, 酒見龍裕, 中村文彦, 井野明洋
Organizer
日本物理学会2020年秋季大会, 2020年9月8-11日, 14-17日, [オンライン]
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[Presentation] カゴメ格子磁性体Tb3Ru4Al12の磁場中弾性率と結晶場効果II2020
Author(s)
石井勲, 水野拓陽, 梅野寛大, 鈴木大地, 蔵田湧紀, 和田侑樹, A. V. Andreev, D. I. Gorbunov, M. S. Henriques, 鈴木孝至
Organizer
日本物理学会2020年秋季大会, 2020年9月8-11日, 14-17日, [オンライン]
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[Presentation] 面内磁場・電流下でのSr2RuO4の上部臨界磁場異方性の温度変化2020
Author(s)
荒木遼, 三好拓人, 諏訪春輝, 米澤進吾, Esteban Ignacio Paredes Aulestia, King Yau Yip, Kwing To Lai, Swee Kuan Goh, 前野悦輝
Organizer
日本物理学会2020年春季大会, 2020年3月16-19日, [現地開催中止]
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[Presentation] Development of an All Fiber Magneto-Optical Kerr Effect setup towards detection of chiral superconductivity2020
Author(s)
Yajian Hu, Giordano Mattoni, Kanae Yada, Kiyosue Toshiki, Jingyuan Wang, Camron Farhang, Jing Xia, Shingo Yonezawa, Yoshiteru Maeno
Organizer
日本物理学会2020年春季大会, 2020年3月16-19日, [現地開催中止]
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