【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17H06602 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

多極子 / トポロジー / 異常ネルンスト効果 / 物性実験 / 強相関電子系 / 多極子秩序 / 近藤効果 / 熱膨張

【研究成果の概要】

電子相関の強い多極子系におい新規量子物性を探索することを目的として本研究を行なった。その結果、PrV2Al20において磁気八極子秩序が実現していることがわかった。
またCo2MnGaにおいて量子リフシッツ転移による室温巨大異常ネルンスト効果を発見した。これらの成果は論文にまとめられ、国内外の会議でも講演を行なった本研究に関連して日本物理学会若手奨励賞も受賞した。

【研究の社会的意義】

スピンゆらぎによる超伝導や量子臨界現象の理解が進む一方、多極子による量子物性の理解はあまり進んでいない。本研究は混成する多極子による新しい量子状態の発見を示唆するものであり大きな学術的価値がある。
室温での巨大異常ネルンスト効果を発見し、その発現機構を明らかにしたことは今後の熱電変換やスピントロニクスへの応用を期待させる。またワイル点の量子リフシッツ転移が異常ネルンスト効果の対数的増大に寄与しており、学術的にも大変興味深い。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2017-08-25 - 2019-03-31

【配分額】2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】16K20997 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

共鳴軟X線散乱 / 電子構造 / 光誘起相転移 / 強相関電子系 / 遷移金属化合物の電子構造 / 光誘起相転移ダイナミクス / 遷移金属化合物 / 強相関電子 / X線磁気円偏光二色性 / 強相関系 / 光物性 / 物性実験 / X線 / 磁性

【研究成果の概要】

共鳴軟X線散乱を用いて遷移金属カルコゲナイドの示す相転移と超伝導に関する電子構造研究を行った。Ir1-xPtxTe2の研究では低温での電荷秩序の周期が5倍、8倍及び6倍と様々に変化することを見出した。またAFe2Se3の研究では、CsFe2Se3においては磁気秩序による散乱のみが観察されるが、超伝導に近いBaFe2S3においては、磁気秩序と軌道秩序が共存するが、散乱信号はエネルギーと偏光の両面で分離できることを明らかにした。さらにSPring-8 BL-07LSUにおいて、国内初の時間分解共鳴軟X線散乱/X線磁気二色性測定装置システムが完成し、CsFe2Se3等の光誘起相転移の測定に成功した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】16K13828 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

交差相関物性 / 強相関電子系 / 物性実験 / 強弾性 / キラリティ / 電気磁気効果

【研究成果の概要】

外部刺激として特に応力を対象として、交差相関物性現象を示しうる物質群の探索と物性評価を行った。その結果、MTeMoO6(M=Co,Mn)(空間群P212121)がキラルかつ強弾性体であり、一軸応力による強弾性分域のスイッチが結晶キラリティの反転を伴うのみならず、この種の物質としては初めての電気磁気効果をも示す磁性体であることを実証した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】16K05449 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カイラリティ / ドメイン / 旋光度 / 電気磁気効果 / 単結晶 / 旋光性 / 非相反電気磁気光学効果 / 物性実験 / 強相関電子系

【研究成果の概要】

本研究は、結晶構造のカイラリティ（右手系と左手系）の度合いを定量的に表す「カイラリティ強度」なる概念を導入し、これを用いてカイラリティ由来物性を定量的に理解することを目指した。カイラリティ強度を元素置換で制御できる物質群の単結晶合成に成功し、そのカイラルドメインの形成様相がカイラリティ強度と強く相関していることを見出した。また、カイラリティ強度を秩序変数とみなせる旋回相転移を発見し、相転移近傍では旋光性とカイラリティ強度の温度変化が良く一致することを示した。さらに、今回開発したカイラル物質群が電気磁気特性の観点から極めて興味深い系であることを明らかにし、当初の予測を超える様々な成果を得た。

【研究の社会的意義】

本研究の主な成果は、結晶構造のカイラリティ（右手系と左手系）の度合いを定量的に表す「カイラリティ強度」なる概念を導入することで、カイラリティが関与する現象を定量的に理解できることを実際に示した点である。これにより、カイラリティ強度を「強磁性体における磁化」のような秩序パラメータとして位置づける研究が活発化すると期待され、カイラリティ関連物性の巨大化や新規機能の予測といった展開が見込まれる点で学術的意義を持つ。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】15H05459 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子 / 非平衡 / 急冷 / 電荷ガラス / 相変化メモリ / 強相関電子系 / 相変化メモリ機能 / 物性実験 / 強相関エレクトロニクス / 過冷却 / 準安定

【研究成果の概要】

液体を急冷すると結晶化しないまま、原子位置が不規則に凍結したガラスとなる。近年、固体中の電子においても似たような挙動が現れることが分かってきた。徐冷すると、電子は規則正しく結晶格子上に配列する（電子の結晶状態が現れる）のに対し、急冷した場合は電子が不規則に凍結した、いわば電子のガラス状態が現れる。このような電子の結晶状態と電子のガラス状態は電気パルスや光パルスを印可することで、不揮発かつ可逆的に切り替えられることが分かった。この基礎原理は磁性体においても有効であることが分かり、急冷を用いた不揮発相メモリ創出の指導原理を確立した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】23,270千円 (直接経費: 17,900千円、間接経費: 5,370千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】15H05456 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

トポロジー / 強相関電子系 / 物性実験 / キラル磁性体 / モノポール / スピントロニクス / スピンエレクトロニクス

【研究成果の概要】

電気の力の源である粒子(陽子や電子)に対応する、磁石のN極またはS極だけの性質を持った素粒子、すなわち磁気モノポールは未だ発見されておらず、電磁気学では磁気モノポールは存在しないと仮定されて体系化されています。しかし電子の幾何学的位相を利用すれば、物質中に磁気モノポールがあたかも存在しているかのような状況を実現できると理論的に提唱されていました。本研究では、磁石の源であるスピンの集団が織りなす幾何学構造のトポロジーに注目し、磁気モノポールの発現とその対消滅のダイナミクスに伴う電磁気効果を発見しました。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】20,930千円 (直接経費: 16,100千円、間接経費: 4,830千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】26707018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / 超高圧 / 核磁気共鳴 / 重い電子系 / 量子スピン液体 / 低温物性 / 物性実験 / 量子臨界物性 / 新物質

【研究成果の概要】

核磁気共鳴（NMR）実験としては未到達の多重極限環境の構築を行い、種々の強相関電子系物質の超高圧下量子相転移の研究を行うこと、新奇量子物性の開拓を目的として研究を開始した。計画通り超高圧・極低温・２軸回転磁場制御環境下における核磁気共鳴測定を実現した他、本課題の技術は幅広い共同研究者により重い電子系等の研究に用いられている。特筆すべき成果として、キタエフ量子スピン液体の初めての実現が期待されるイリジウム酸化物において、２つの量子スピン液体を核磁気共鳴実験により発見した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】26610103 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カイラリティ / フェロイック / ドメイン / 電気磁気効果 / 物性実験 / 強相関電子系 / 結晶カイラリティ

【研究成果の概要】

鏡映対称性を持たない結晶構造における右手系と左手系を区別する物理量「結晶カイラリティ」は、多彩な物質機能の源泉であることが知られている。本プロジェクトでは、結晶カイラリティの外場制御に関する研究を行った。その結果、結晶カイラル秩序が別種の強的秩序と相関する物質においては、その強的秩序ドメインの外場スイッチを介した結晶カイラリティ制御が可能であることを示した。さらに、新規開発したカイラル化合物群の研究において「定量的カイラリティ強度」の概念を導入し、これが、カイラリティの外場制御の実現性さらにはカイラリティ由来物性の理解において重要な概念となり得ることを提唱した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】25247054 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

X線・粒子線 / 放射光 / 共鳴X線回折 / 強相関電子系 / Ｘ線 / 物性実験 / ナノ材料 / 磁性 / 複合材料・物性 / 強相関系 / 新機能材料

【研究成果の概要】

SPring-8理研ビームライン17SUに設置した軟X線回折計を用い，強相関電子系物質の秩序状態の観察を行っている．特に，円偏光X線を利用することによって，結晶カイラリティ，スピンカイラリティの判別さらにはドメイン分布の観察を行っている．ドメイン分布の観察には，極度に集光したX線ビームが必要である．この科研費プロジェクトでは，ミラー集光による直径1５マイクロメートルの集光サイズを，ゾーンプレートシステムに置き換えることによって，その約1/100の数100ナノメートルの集光サイズを実現した．これによって強相関電子系のドメイン観察および外場によるドメイン制御などの研究を推進することができる．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】37,700千円 (直接経費: 29,000千円、間接経費: 8,700千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】24540365 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピン転移 / スピン相分離 / Co酸化物 / 強磁場磁化過程 / 強磁場磁歪 / 強磁場物性 / 強相関電子系 / ペロブスカイト / 強磁場磁化課程 / スピンポーラロン / 超強磁場 / 磁性 / 物性実験

【研究成果の概要】

本研究は元素置換をしたLaCoO3の強磁場中磁化過程より、当該物質の温度誘起スピン転移の機構を以下のように明らかにした。最低温度において非磁性の低スピン(LS)状態にあるCo3+は温度上昇と共に30 K程度で高スピン(HS)状態への熱的励起が始まる。しかし、HS状態間の強い反発力のために、HS状態に励起するCo3+イオンの数は15%程度に留まる。さらに温度が上昇すると、100 K程度で残りのCo3+イオンは中間スピン(IS)状態へ熱的に励起する。本研究は100 K 以上でHSとISが共存するというモデルにより磁歪等の当該物質の諸物性が統一的に理解できることを示した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】24840012 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / 物性実験 / 光物性 / 磁性体 / テラヘルツ / マルチフェロイック / エレクトロマグノン / 電気磁気光学効果 / 磁気共鳴

【研究成果の概要】

本課題ではマルチフェロイックと呼ばれる磁性と誘電性が強く結合した物質に置いて現れる新しいスピン波であるエレクトロマグノンに関する研究を行った。サイクロイド型磁気秩序を持つ磁性体においてエレクトロマグノンとその電気磁気光学効果を磁場で制御することで、２０倍以上の強度の増強に成功した。さらに、スクリュー型磁気秩序に由来したエレクトロマグノンの磁気カイラル効果の実現にも成功し、テラヘルツ帯での巨大な方向２色性を観測した。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2012-08-31 - 2014-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】23244072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

磁性 / 量子スピン系 / フラストレーション / 強磁場 / 量子多体効果 / 三角格子反強磁性体 / 籠目格子反強磁性体 / スピンダイマー磁性体 / 物性実験 / 量子磁性 / 強相関電子系 / 強磁場物性 / スピンダイマー系 / 低温物性

【研究成果の概要】

我々はフラストレーションの強いスピン系での顕著な量子効果を調べた。まず，我々はBa3CoSb2O9の磁化過程を測定し，全磁場領域で磁化曲線が理論と一致することより，この物質が理想に近いスピン1/2三角格子反強磁性体であることを示した。続いて，スピン1/2籠目格子反強磁性体Cs2Cu3SnF12の磁気励起を中性子非弾性散乱で測定し，励起エネルギーが通常とは逆に，スピン波理論で求めた値よりも大きく減少する負の量子再規格化現象を発見した。更に，新規ダイマー磁性体Ba2CoSi2O6Cl2を合成し，その強磁場磁化過程を測定することより，磁場中でマグノン結晶ができることを見出した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】47,840千円 (直接経費: 36,800千円、間接経費: 11,040千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】23244068 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / 粒子線 / 物性実験 / 磁性 / 中性子散乱 / 磁気散乱 / 偏極中性子

【研究成果の概要】

電子の遍歴－局在転移、電子多極子秩序、さらに磁気・電荷秩序相と接する超伝導などの非自明な電子物性の機構解明には、磁気モーメントのミクロな秩序と揺らぎの観測が重要である。長年その目的に供されてきた中性子散乱法は、近年の線源性能の向上や高束線ビーム化により、従来は検出できなかった散乱シグナルの観測へと進展している。本研究では、ブリルアン散乱法や偏極中性子利用も視野に入れてこれまでアクセスできなかった測定への進化を目指しながら、遍歴－局在のデュアリティー性を示す近藤格子、鉄系超伝導の相図と磁気相関、ワイルフェルミオン系などを明らかにする成果を得た。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】33,930千円 (直接経費: 26,100千円、間接経費: 7,830千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】21740254 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高温超伝導 / 強相関電子系 / 低温物性 / 物性実験 / 超伝導物性(その他)

【研究成果の概要】

新しい高温超伝導物質体系として注目される鉄ニクタイド超伝導体について、エキシマレーザーを用いたパルスレーザー蒸着によってエピタキシャル薄膜の作製を行ない、最適置換組成の超伝導薄膜をその場成長することに成功した。又、エピタキシャル薄膜と相補する試料形態である単結晶試料の育成を合わせて行い、これらの試料を基盤とした精密物性測定を行った。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】21540367 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

重い電子系 / 近藤半導体 / 価数搖動 / 希土類化合物 / フラックス法 / 機械式極低温冷凍機 / 強相関電子系 / 磁性 / 低温物性 / 物性実験 / CeRu2A110

【研究成果の概要】

Ce化合物の磁性は,近藤効果とRKKY相互作用の競合を記述するドニアック・モデルで理解できると考えられてきた。CeRu_2Al_<10>は近藤効果が支配的な非磁性基底状態に位置するにも関わらず, 27Kという高い温度で相転移を起こす。我々は純良単結晶および関連物質の多重極限環境下の微視的および巨視的測定から,この相転移はドニアック・モデルでは記述できない新しい相転移であることを提案した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】19740198 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高温超伝導 / 光電子分光 / 強相関電子系 / レーザー / 物性実験

【研究成果の概要】

真空紫外レーザー超高分解能光電子分光装置を用いて、高温超伝導銅酸化物の研究を行った。自然幅の小さいレーザーを用いることでこれまで報告された中で最も明瞭で鋭いスペクトルを得ることに成功し、超伝導ギャップのゼロ点(ノード)近傍の電子構造やキャリア特性を明らかにした。また、表面金属状態が強く内部の超伝導状態を覆い隠してしまうため従来光電子分光が困難だったYBa_2Cu_3O_<7-δ>系において、バルク敏感性を活かし、超伝導状態の直接観測に成功した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,690千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 390千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】18540339 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / 金属物性 / 磁性 / 低温物性 / 物性実験 / 強磁場 / パルス強磁場 / 磁気抵抗

【研究成果の概要】

磁気抵抗効果からはその物質の電子状態の重要な知見が得られるが、一般に金属磁性体では抵抗とその変化が小さい事からパルス強磁場中での計測は技術的に困難とされ、是迄測定実績は殆ど無かった。本研究ではケルビンダブルブリッジ法という特殊な方法を用いた測定システムの開発を行なった。是に由り非常に高い磁場領域で金属磁性体の抵抗が簡便に精度良く測定出来る様になり、今後この分野の進展に大きく寄与すると期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】3,860千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 360千円)

【研究分野】無機化学

【研究領域課題番号】17105002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

固体化学 / 遷移金属酸化物 / 高原子価 / 強相関系 / 高温超伝導体 / 高圧合成 / 光電子分光 / メスバウア効果 / 強相関電子系 / 環境材料 / 合成化学 / 磁性 / 誘電体物性 / 超電導材料・素子 / 物性実験 / 物性理論 / 青色発光 / 微細加工 / 高温超伝導 / 金属-絶縁体転移 / フラストレーション / 磁気抵抗効

【研究成果の概要】

入手しやすく、比較的安全な3d遷移金属の酸化物は学術的にも実用的にも価値が高い。本研究では、以下の観点に基づきさらなる新規開発を試みた。Fe^<4+>やCo^<4+>、Cu^<3+>のように周期律後半にあって価数の高いイオンは深いd準位をもち、周囲にいる酸素イオンを酸化して活性化する。新発見したBaFe^<4+>O_3は、無数の鉄酸化物の中で初めて常圧下で強磁性を示した。活性化された酸素イオンが鉄磁気モーメントを、通常とは異なって平行に整列させるためである。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2005 - 2009

【配分額】106,210千円 (直接経費: 81,700千円、間接経費: 24,510千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】16684010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / 物性実験 / スピネレクトロニクス / 強相関エレクトロニクス / 光物性 / 光電子分光法 / 逆光電子分光法 / 電子状態 / 占有状態 / 非占有状態 / 光誘起相転移 / 金属絶縁体転移

【研究成果の概要】

金属絶縁体転移を示す欠損ペロブスカイトRBaCo_2O_<6-δ>(R=Tb, Nd;δ=0.5, 1.0)、低温で重い電子的挙動を示すペロブスカイトCaCu_3Ru_4O_<12>、特異なスピン軌道秩序を示すスピネルAV_2O_4(A=Li, Zn, Cd)の電子状態を表面敏感な真空紫外線光電子分光およびパルク敏感なX線光電子分光によって研究した。特に、RBaCo_2O_<6-δ>では金属絶縁体転移に伴うe_gバンドの形状変化が観測された。CaCu_3Ru_4O_<12>では、Cuは2価であり局在したCu 3d電子が重い電子的挙動に重要であることを明らかにした。さらに、ワイドギャップ希薄磁性半導体Ti_<1-Σ>Co_xO_2、光誘起金属絶縁体転移を示すペロブスカイトPr_<0.55>(Ca_<1-y>Sr_y)_<0.45>MnO_3とスピネルCuIr_2S_4についても、光照射下においてバルク敏感なX線光電子分光と表面敏感な真空紫外線光電子分光を行い、光誘起の電子状態変化を観測した。バルク敏感な紫外線光電子分光については、Nd : YAGレーザーの第5高調波は大気による吸収を受けないエネルギー領域にあり、かつ、仕事関数を超えて光電子を放出させるのに十分なエネルギーを持つことに注目し、Nd : YAGレーザーの第5高調波によるバルク敏感な紫外線光電子分光装置を完成させて測定を行った。紫外線によるバルク敏感なエネルギー領域での逆光電子分光については、銅酸化物高温超伝導体の測定を行い、非占有状態を観測した。真空紫外線による表面敏感なエネルギー領域での逆光電子分光については、真空紫外線の検出が不十分であり有効なデータを得ることはできなかったが、電子源や光子検出について技術開発を行い、今後の発展の基礎となる成果が得られた。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】28,600千円 (直接経費: 22,000千円、間接経費: 6,600千円)