量子磁性材料研究チーム
Quantum Magnetic Materials Research Team
チームリーダー

勝

又

紘

一

KATSUMATA, Koichi
SPring-8 からの高輝度 X 線を用いて，量子効果が顕著な磁性体について X 線磁気散乱，吸収および発光の測定を行い，これらの磁性体における磁気構造や電子状態についての情報を得る。
理研内外の研究者と協力して新物質開発を積極的に行い，得られた物質について上記の X 線測定を行う。また，外部研究者との連携により，測定結果の理論的解析を行う。電子スピン共鳴や中性子散乱など，X 線と相補的な手法を活用した量子磁性体の研究を推進する。これらの研究を通して磁性体における量子効果の解明と新磁性材料創製を目指す。
1. X 線磁気散乱，吸収，発光測定（（勝又，田中，鳴海 ＊，下村 ＊，田畑 ＊，Lorenzo＊，Staub＊）
SPring-8 の 長 直 線 ア ン ジュレ ー タ ー ビ ー ム ラ イ ン
BL19LXU において，スピン梯子物質 Cu2 (C5 H12 N2 )2 Cl4について超低温度・強磁場中での X 線回折測定を行った。
40 mK の温度，7.3 T の磁場で，非磁性状態から磁気秩序相への転移に伴う格子の変形を観測した。これは，理論的に予想されていた一般的なスピンパイエルス転移の，実験的検証の初めての例である。高濃度近藤効果を示す典型物
質 CeB6 について非共鳴 X 線回折実験を行い，f 電子の多重極子秩序の直接観測に初めて成功した。
2. 新規磁性体の探索と合成（勝又，吉川，田中，下村 ＊）
新規磁性体 α-Gd2 S3 単結晶について，磁化と比熱の測定を行い磁場対温度相図を決定した。三角格子に由来する揺らぎの大きな磁気相の存在が明らかとなった。中性子回折実験により，ゼロ磁場における磁気構造を決定した。SPring-8の理研ビームライン BL19LXU において磁場中の X 線回折実験を行い，電荷散乱と磁気散乱の干渉効果の観測に成功した。
3. X 線磁気散乱，吸収，発光測定結果の理論解析（勝又，Lovesey＊）
放射光 X 線回折実験より希土類化合物 CeB6 において初めて直接その存在が確認された多重極子秩序について理論的検討を継続した。
＊

oretical work is applied to the interpretation of the measurements. Complementary use of other techniques, suchas electron spin resonance and neutron scattering, is inprogress. With the combined studies, experimental andtheoretical, we understand quantum phenomena in magnetic materials and identify new ones. We have been successful in observing a lattice distortion associated with aﬁeld-induced phase transition in a quantum antiferromagnet at 40 mK by an X-ray diﬀraction technique which is
the world’s lowest temperature ever achieved.

Research Subjects
1. X-ray magnetic scattering, absorption and emission
measurements on quantum magnets
2. Search and synthesis of new magnetic materials
3. Theoretical studies on x-ray magnetic scattering, absorption and emission

Staﬀ
Head
Dr. Koichi KATSUMATA

Members
Dr. Yoshikazu TANAKA
Ms. Akiko KIKKAWA

連携研究員（非常勤）Visiting Members
X-ray magnetic diﬀraction, absorption and emission
measurements are made on advanced magnetic materials
with novel properties. Both the instrumentation on the
SPring-8 machine and our sample environment equipment
are the apotheosis world-wide, and they are used to provide information on materials of interest that is not obtainable at other facilities. International collaborations include
searches for and investigations of new magnetic materials.
Additionally, through collaborations, state-of-the-art the-1060

Prof. Kichizo ASAI (Dept. Appl. Phys., Univ. Electrocommun.)
Prof. Masayuki HAGIWARA (KYOKUGEN, Osaka
Univ.)
Dr. Zentaro HONDA (Fac. Eng., Saitama Univ.)
Prof. Hidenobu HORI (JAIST)
Prof. Takeo JO (Grad. Sch. Adv. Sci. Matter, Hiroshima
Univ.)

平成 16 年度

Dr. Shojiro KIMURA (KYOKUGEN, Osaka Univ.)
Prof. Koichi KINDO (Inst. Solid. State Phys., Univ.
Tokyo)
Prof. Shunji KISHIMOTO (KEK)Prof. Masahumi KOHGI (Grad. Sch. Sci., Tokyo
Metrop. Univ.)
Dr. Emilio LORENZO (CNRS, France)
Prof. Stephen W. LOVESEY (RAL, UK)
Dr. Danny MANNIX (ESRF, France)
Dr. Yasuo NARUMI (KYOKUGEN, Osaka Univ.)
Prof. Toshiro SAKAKIBARA (Inst. Solid. State Phys.,Univ. Tokyo)
Dr. Susumu SHIMOMURA (Fac. Sci. Technol., Keio
Univ.)
Dr. Urs STAUB (PSI, Switzerland)
Dr. Hiroyuki SUZUKI (Nanomater. Lab., NIMS)
Dr. Yoshikazu TABATA (Grad. Sch. Sci., Osaka Univ.)誌 上 発 表 Publications［雑誌］（原著論文） ＊印は査読制度がある論文
Tanaka Y., Staub U., Katsumata K., Lovesey S., Lorenzo
J. E., Narumi Y., Scagnoli V., Shimomura S., Tabata Y.,
Onuki Y., Kuramoto Y., Kikkawa A., Ishikawa T., andKitamura H.: “Direct and quantitative determinationof the orbital ordering in CeB6 by X-ray diﬀraction”,
Europhys. Lett. 68, 671–677 (2004). ＊Honda Z., Hagiwara M., Katsumata K., and Yamada
K.: “An electron spin resonance study of magnetic excitations in the quantum antiferromagnet
Ni(C5 H14 N2 )2 N3 (PF6 )”, J. Appl. Phys. 95, 7543–7544(2004). ＊Narumi Y., Honda Z., Katsumata K., Domenge J. C.,
Sindzingre P., Lhuillier C., Matsuo A., Suga K., andKindo K.: “A magnetization plateau in a kagomé antiferromagnet”, J. Magn. Magn. Mater. 272/276, 878–
879 (2004). ＊Hannan A., Kuwahara K., Kawana D., Kohgi M., Narumi
Y., Tabata Y., and Katsumata K.: “High ﬁeld magnetic
phase diagram of CeP studied by synchrotron radiation
X-ray diﬀraction”, J. Magn. Magn. Mater. 272/276,
e427–e428 (2004). ＊Narumi Y., Katsumata K., Tabata Y., Kimura S., Tanaka
Y., Nakamura T., Shimomura S., Matsuda M., Harada
I., Nishiyama Y., Ishikawa T., Kitamura H., Hara T.,
Tanaka T., Tamasaku K., Yabashi M., Goto S., Ohashi
H., Takeshita K., Ohata T., Matsushita T., and Bizen
T.: “Synchrotron X-ray diﬀraction studies of the incommensurate phase of a spin-peierls system CuGeO3
in strong magnetic ﬁelds”, J. Phys. Soc. Jpn. 73, 2650–
2653 (2004). ＊Kikkawa A., Katsumata K., Ebisu S., and Nagata S.:“Phase transition of a frustrated magnet α-Gd2 S3 ”, J.
Phys. Soc. Jpn. 73, 2955–2958 (2004). ＊理研研究年報Tanaka Y., Inami T., Lovesey S., Knight K. S., Yakhou F.,
Mannix D., Kokubun J., Kanazawa M., Ishida K., Nanao
S., Nakamura T., Yamauchi H., Onodera H., OhoyamaK., and Yamaguchi Y.: “Quadrupole and hexadecapole
ordering in DyB2 C2 : Direct observation with resonant
x-ray diﬀraction”, Phys. Rev. B 69, 024417-1–024417-11(2004). ＊Lorenzo J. E., Katsumata K., Narumi Y., Shimomura
S., Tanaka Y., Hagiwara M., Mayaﬀre H., BerthierC., Piovesana O., Ishikawa T., and Kitamura H.:“Observation of a lattice instability at the ﬁeldinduced phase transition of the spin-gapped compound
Cu2 (C5 H12 N2 )2 Cl4 ”, Phys. Rev. B 69, 220409(R)-1–
220409(R)-4 (2004). ＊Kohgi M., Iwasa K., Kuwahara K., Hannan A., KawanaD., Noda Y., Shobu T., Katsumata K., Narumi Y.,
and Tabata Y.: “Studies of unusual magnetic and electronic properties of the low-carrier system CeP by synchrotron X-rays”, Physica B 345, 55–58 (2004). ＊Tanaka Y., Staub U., Narumi Y., Katsumata K., Scagnoli
V., Shimomura S., Tabata Y., and Onuki Y.: “Nonresonant X-ray bragg diﬀraction by CeB6 ”, Physica B
345, 78–81 (2004). ＊Narumi Y., Katsumata K., Tanaka Y., Nakamura T.,
Shimomura S., Tabata Y., Kimura S., and Matsuda M.:“Synchrotron X-ray diﬀraction studies on magnetic materials in high magnetic ﬁelds”, Physica B 346/347, 11–
14 (2004). ＊Tsujii H., Honda Z., Andraka B., Katsumata K., andTakano Y.: “High-ﬁeld phase diagram of the Haldanegap antiferromagnet Ni(C5 H14 N2 )2 N3 (PF6 )”, Phys.
Rev. B 71, 014426-1–014426-6 (2005). ＊（総 説）
Katsumata K.: “Synchrotron X-ray diﬀraction studies ofmagnetic materials under exreme conditions”, Phys. Scr.
71, CC7–CC13 (2005).
口 頭 発 表 Oral Presentations（国内会議）
田中良和, Staub U., 勝又紘一, Lovesey S., Lorenzo J. E.,
鳴海康雄, Scagnoli V., 下村晋, 田畑吉計, 大貫惇睦, 倉本
義夫, 吉川明子, 石川哲也, 北村英男: “CeB6 における非共鳴 X 線回折”, 日本物理学会第 59 回年次大会, 福岡, 3
月 (2004).
柴田薫, Francoual S., de Boissieu M., Baron A., 筒井智嗣,
田中良和, 蔡安邦: “X 線非弾性散乱による正 20 面体 iCd5.7 Yb 及び 1/1 近似結晶 Cd6 Yb のフォノン分散関係”,
日本物理学会第 59 回年次大会, 福岡, 3 月 (2004).
吉川明子, 中村哲也, 鳴海康雄, 勝又紘一: “YB2 C2 の超伝導における同位元素効果”, 日本物理学会第 59 回年次大会, 福岡, 3 月 (2004).
田畑吉計, 谷口年史, 河原崎修三, 鳴海康雄, 田中良和, 勝又
紘一, Staub U., 石川哲也, 神木正史, 岩佐和晃: “近藤格子系 Ce(Ru1−x Rhx )2 Si2 における SDW と CDW の共存(2)”, 日本物理学会第 59 回年次大会, 福岡, 3 月 (2004).

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鳴海康雄, Lorenzo J. E., 勝又紘一, 下村晋, 田中良和, 萩原
政幸: “梯子鎖化合物 Cu2 (C5 H12 N2 )2 Cl4 における磁場
誘起構造転移”, 日本物理学会第 59 回年次大会, 福岡, 3
月 (2004).
田中良和, Mannix D., Lovesey S., 勝又紘一, 國井暁:
“La0.3 Ce0.7 B6 の IV 相における秩序変数”, 日本物理学会
2004 年秋季大会, 青森，高知, 9 月 (2004).
吉川明子, 戎修二, 永田正一, 勝又紘一: “フラストレート磁性体 α-Gd2 S3 の相転移”, 日本物理学会 2004 年秋季大会,
青森，高知, 9 月 (2004).
木村尚次郎, 勝又紘一, Staub U., 鳴海康雄, 田中良和, 下村

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晋, 中村哲也, Lovesey S., 石川哲也, 北村英男: “固体酸素における磁場誘起体積膨張”, 日本物理学会 2004 年秋
季大会, 青森，高知, 9 月 (2004).
矢野一雄, 中井生央, 福岡淳, 山田真司, 田中良和, 安達弘通,
河田洋: “磁気コンプトンプロファイルによる Gd70 Cu30の電子状態”, 日本物理学会 2004 年秋季大会, 青森，高知,
9 月 (2004).
矢野一雄, 田中良和, 松本勲, 安達弘通, 梅原出, 佐藤清雄,
河田洋: “磁気コンプトンプロファイルによる，GdNi2 の
Ni の磁気モーメントの温度依存性”, 日本物理学会 2004
年秋季大会, 青森，高知, 9 月 (2004).

平成 16 年度