2019 Fiscal Year Research-status Report
Emergent Research for Novel Itinerant-Electron Properties in Transition-Metal Compounds
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18KK0150
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉村 一良 京都大学, 理学研究科, 教授 (70191640)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
那波 和宏 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10723215)
小林 慎太郎 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 研究プロジェクト推進室, 博士研究員 (10771892)
太田 寛人 京都大学, 工学研究科, 講師 (60546985)
道岡 千城 京都大学, 理学研究科, 助教 (70378595)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 遍歴電子物性 / 磁性 / 超伝導 / フラストレーション効果 / 遷移金属化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新たな量子物性を生み出す新物質の創成は、固体物性物理化学の基礎・応用研究の両分野の発展に大きな貢献をもたらし、この研究分野のブレイクスルーへと繋がるものである。本研究では、海外と日本の研究者が協力し、フラストレート効果と低次元性、さらに構造相転移との組み合わせによって、興味ある遍歴電子物性を示す新規の遍歴電子遷移金属物質群を探索・合成し、その新規遍歴電子物性についてのマクロ及びミクロの両面から明らかにし、その実験結果を解析しフィードバックして、固体物性化学的な基盤を確立することを目的としている。
今年度は、中国・香港中文大学のSwee K. Goh博士と中国・浙江大学のMinghu Fang（方 明虎）教授と新たなエキゾチック超伝導体の系の強結合超伝導体A3T4Sn13系（A=Ca, Sr, La; T=Co, Rh, Ir）について研究を行った。その結果、この系の超伝導転移温度と光学フォノンのソフトニングに強い相関があることを明らかにした。また磁場中電気抵抗の振る舞いがトポロジカル電子系と類似しているらしいことが明らかし、現在超伝導との関係について詳しく調べている。また、ウイーン工科大学のMichor博士との共同研究により、遍歴電子系RCo9(R=希土類金属)の遍歴電子メタ磁性転移の詳細についてNMRを用いて微視的に明らかにした。また1-2-2系の遍歴電子強磁性系・エキゾチック超伝導系であるB(Fe-Co)2Se2 (B=K, Tl, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, La)系について単結晶合成し、その超伝導特性の詳細を明らかにした。
これらについてマレーシアのクチンで行われた、環太平洋アジア物理学会11月16日-11月23日（2019）で招待講演として成果発表をし，その新しい物性のインパクトで大きな反響を得た。
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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
本研究は、一昨年度から新たに発足した国際共同研究強化のためのプロジェクトであり、5年間の研究として計画した。昨年度は二年目にあたり、一年目に準備した国際共同研究が本格的に始動し始めた。
特にRafik Ballou教授と共同で研究を進めているスピンフラストレーションを有するカゴメ格子のフッ化物をいくつも発見し、基礎物性を明らかにした。これらは構造の詳細を若手研究者の小林博士が、磁気構造の対称性からの考察を同じく若手の那波博士が行い、今後論文にまとめるための成果をあげている。
また、方明虎教授、Swee K. Goh博士、Herwig Michor教授と共同開拓している、低次元遍歴電子系の特異な物性について、道岡博士、太田博士が参画して、海外のベテラン研究者とのやり取りにより、大いにインスピレーションが生まれ活性化している。
これらの共同研究の際、物質探索・合成は主として、Fang教授、Michor教授、太田博士、吉村が行い、構造解析を小林博士、那波博士、Ballou博士が担当している。小林博士は主としてX線および中性子線回折実験に基づく構造解析を担当し、那波博士・Ballou博士は中性子を用いた磁性評価を主として行っている。NMRを用いたミクロな物性評価研究は、主として道岡博士と吉村が行っている。
惜しむらくは、2019年度に香港の政情が不安定になり、Swee K. Goh博士の研究室での高圧下の輸送物性特性の研究を行うことが出来なかった。これらは2020年度に行う予定である。
本国際共同研究強化プロジェクトでは、海外研究者とマクロおよびミクロ物性に関しての有機的な議論が期待され、今後さらに国際共同研究を推進していくが、準備段階を終えた本研究は順調に滑り出したといえ、さらに、研究目的を達成するために有機的国際共同研究を追求していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、遍歴電子磁性体系やエキゾチック超伝導系、フラストレート・スピン系などの世界的な専門家であるRafik Ballou博士、Herwig Michor教授、Minghu Fang教授、Swee Kuan Goh教授と、物理化学・無機固体化学に根ざした日本の若手研究者である、太田博士（探索・合成）・那波博士（中性子回折・散乱）・小林博士（X線構造解析）を加え、NMRによるミクロな物性評価に秀でた道岡博士が参加し、有機的に国際共同研究を総合的に展開していくものである（吉村）。
このような背景から本申請では以下の項目1~5について研究を行っている。
1. A3T4Sn13系（A=Ca, Sr, La; T=Co, Rh, Ir）における強結合超伝導体、トポロジカル金属状態と構造相転移の関係の解明 2. BCo2(P-As-Ge)2 (B=Ca, Sr,Ba, La)系における二次元遍歴強磁性系の構築 3. A(Fe-Co)2Se2 (A=K, Tl, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, La)系を中心とした二次元遍歴電子系の構築 4. RCo9(Si-Ge)4系の新規遍歴電子磁性 5. 三角格子クラスター磁性体 Li2AMo3O8 (A=In, Sc) 、YMn2関係のフラストレート系物質における遍歴電子物性の構築。
2020年度には特にSwee K. Goh博士と、昨年行うことのできなかった、A3T4Sn13系超伝導体の高圧下輸送物性測定を行う予定である。（道岡、吉村）またRafik Ballou博士とフランスでカゴメ格子フッ化物の中性子回折から磁気構造を明らかにする。（小林、那波）
これまで研究で認識した、全ての共同研究者が有機的に繋がり、共同研究していくことの重要性から、今後3年間をかけて遍歴電子系研究において新規物性を見出し、国際共同研究を推進していく予定である。
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| Causes of Carryover |
2019年度に予定していた香港中文大学における共同実験が、香港の政情不安によるため行うことが出来なかった。その旅費、試料作製費として計上していた予算を2020年度に回すことにより実験を遂行する予定である。
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[Journal Article] Two magnetization plateaus in the kagome fluoride Cs2LiTi3F122019
Author(s)
Ryu Shirakami, Hiroaki Ueda, Harald O. Jeschke, Hiroki Nakano, Shintaro Kobayashi, Akira Matsuo, Tôru Sakai, Naoyuki Katayama, Hiroshi Sawa, Koichi Kindo, Chishiro Michioka, and Kazuyoshi Yoshimura
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 100
Pages: 174401/1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Yb4TGe8 (T = Cr, Mn, Fe, Ni)系のX線発光分光、光電子分光、X線回折による電子状態と結晶構造の測定2019
Author(s)
山岡人志, 佐藤仁, 引地将仁, 山中俊介, 道岡千城, 辻井直人, 石井啓文, 平岡望, 島田賢也, 吉村一良
Organizer
日本物理学会2019秋季大会
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