Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

強磁場物性 / パルス強磁場NMR測定 / 小型パルス磁場装置 / 量子スピン系 / 重い電子系 / パルス強磁場 / 核磁気共鳴 / 超音波測定 / パルス磁場中ＮＭＲ測定 / パルス強磁場ＮＭＲ測定 / パルス磁場中NMR測定

研究計画3年目となる2021年度は、小型汎用パルス磁場発生装置開発を継続的に行うと共に、研究の重心を強磁場物性開拓へと移し、強磁場により引き起こされる新奇電子相の探索を行った。
まず、パルス磁場中核磁気共鳴装置開発の実績として、これまでに開発してきたデジタル無線技術を応用した核磁気共鳴分光装置の詳細と、この新しい核磁気共鳴分光装置を用いたパルス磁場中NMR測定技術に関する論文を公表し、この先進測定技術を確立した。また、パルス電流源の拡充、ヘリウムフロークライオスタットの開発を行い、測定可能な磁場範囲、温度範囲を拡張した。これによりこれまで大型施設を利用していた多くの実験が研究室内で実現可能となった。
強磁場物性開拓に関しては、これまでも研究を続けてきたマルチフェロイック物質についてNMRスペクトルの磁場印可方向依存性など詳細な実験を行い、強磁場中で新たに発見した磁気異常を確固たるものとした。この成果は現在投稿準備中である。また、セリウム系重い電子物質CeRh2Si2についてはこれまでは大型研究施設でしか到達することができなかった強磁場領域で実現するメタ磁性転移を超音波測定から観測することに成功した。このモデル物質における実験に成功したことで、近年隠れた秩序を示すことで注目を集めている他のセリウム系重い電子系物質や、ウラン系超伝導物質についても本研究で開発してきた研究手法が応用可能であることを明らかにした。
また、新物質開発にも進展があり、小型汎用パルス磁場発生装置で到達可能な30テスラ級までの磁場領域で磁気異常を示す新たな量子磁性体を得ることに成功した。これらの物質で実現する新奇磁場誘起相を本研究で開発してきた多角的な研究手法により明らかにすることで、強磁場物性研究のさらなる進展が期待できる。

超高圧技術 / 核磁気共鳴 / スピン液体 / 重い電子系 / Ir化合物 / Yb化合物 / 高圧技術 / キタエフ系 / 強相関電子系 / 超高圧 / 新物質開発 / 量子臨界現象

研究代表者らが発見した新構造物質とその他の新物質系の超高圧物性探索を目的とした。新物質YbCo2Ge4では、超高圧磁気相図の作成により1GPa付近での低い圧力での量子臨界点の存在を明らかにした。次に、本課題開始時に世界的に盛んに研究され始めたキタエフ量子スピン液体に注力した。まず、常圧・無磁場下でキタエフ系初のスピン液体実証として2次元蜂の巣格子H3LiIr2O6の50mKまで常磁性が保たれたスピン液体性と特徴的な線形分散フェルミ励起を報告した。その後、類似の三次元ネットワークのハイパーハニカム型新物質β-Li2IrO3において超高圧下で磁性相とスピン一重項二量体形成の競合を明らかにした。

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

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。

核磁気共鳴 / 量子相転移 / 極限環境 / 量子スピン系 / 重い電子系 / 極限条件

本研究では、移金属元素や希土類元素を含む化合物が強磁場、高圧、極低温などの極限的な環境下に置かれたときに、電子間の強い相互作用が引き起こす新奇な量子状態を、核磁気共鳴によって微視的に解明することを目指した。フラストレーションを持つ低次元スピン系に関しては、強磁場下において磁化が量子化される磁化プラトー現象や、磁気励起が束縛対を形成するスピンネマティック相関を観測することに成功した。また非磁性2重項の結晶場基底状態を持つプラセオジウム化合物に対して、四極子秩序に伴なう結晶対称性の破れをミクロに検証し、非常に低い磁場によって異なる秩序変数の間の量子相転移が発現することを見出した。

【研究分担者】
柳澤達也	北海道大学	理学研究院	准教授	(Kakenデータベース)
松井一樹	東京大学	物性研究所	特別研究員	(Kakenデータベース)
吉田紘行	北海道大学	理学研究院	准教授	(Kakenデータベース)
福岡脩平	北海道大学	理学研究院	助教	(Kakenデータベース)
小濱芳允	東京大学	物性研究所	准教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
松林和幸	電気通信大学	大学院情報理工学研究科	准教授	(Kakenデータベース)

【研究協力者】
高木英典	東京大学	大学院理学系研究科	教授	(Kakenデータベース)
高山知弘	Max Planck Institute for Solid State Research	Department of Quantum Materials	Scientist

【研究協力者】
高木英典	東京大学	大学院理学系研究科	教授	(Kakenデータベース)
高山知弘	Max Planck Institute for Solid State Research	Department of Quantum Materials	Scientist

【研究連携者】
中辻知	東京大学	物性研究所	教授	(Kakenデータベース)
北川健太郎	東京大学	理学系研究科	講師	(Kakenデータベース)
廣井善二	東京大学	物性研究所	教授	(Kakenデータベース)
上床美也	東京大学	物性研究所	教授	(Kakenデータベース)
吉田誠	東京大学	物性研究所	助教	(Kakenデータベース)