巻頭言神は細部に宿る

3d電子系における奇パリティ磁気多極子秩序に由来する電気磁気応答と量子伝導現播磨

尚朝 002

研究解説

What Alice Found There

Emergent electronic phenomena inhybrid f-/p-electron molecular materials

スピン変換研究から見た多極子伝導大谷阿部伸行 037大原繁男 039Kosmas Prassides 041

義近 004空間反転対称性を「破る」

Eu化合物の特異な電子状態

大貫惇睦 007立方晶Sm化合物における特異な強相関電子状態

東中

隆二 013

サマリウム化合物における特異な重い電子状態

椎名亮輔 018

公募班紹介

5d 電子系の新物質開拓

層状・3次元遷移金属化合物のスピン軌道
相互作用由来の異常電子相制御と新規物性探索岡本佳比古 043

宮坂茂樹 045酒井明人 047

下出敦夫 050神戸

振作 052

髙阪勇輔 054

高畠

敏郎 056木村憲彰 060山根

悠 062

今号の研究成果
ワイル磁性体Co2MnGaにおける室温巨大異常ネルンスト効果

内殻光電子線二色性＝内殻ホール−f電子間相互作用の異方性から

関山

明 022

渡辺

真仁 024

坂井

徹 026

軌道磁気四極子と電気磁気効果

軌道対称性とその温度変化を見る
重い電子系超伝導体URu2Si2 の価数転移由来の新規量子現象の理論研究

キラルらせん磁性体CsCuCl3 のフラストレーション系の量子スピンネマティック相と隠れた秩序状態の空間群

磁気的キラリティの検証

新奇伝導の理論的・計算科学的研究
近藤半導体CeT2Al10 (T=Ru, Os)の特異な構造不安定性の制御による非クラマース系
多極子物質の開発とその圧力効果の研究

脇舎

和平 028

相転移はどこまで理解されたか？

空間反転対称性の破れた金属の強磁場中性子回折とX線回折の進展とURu2Si2 の強磁場相における整合̶非整合転移

野尻浩之 030「軌道交差」とスピン反転

4 f 2 希薄系 Y(Pr)Ir 2Zn 20 における遍歴多極子と多極子超伝導体の発展

動的平均場法に基づく多極子秩序の微視的理論

梯子型鉄系化合物BaFe2Se3 における
奇パリティ多極子秩序

池田浩章 032

大槻純也 034

大串研也 035

単サイトの非フェルミ液体的挙動

CONTENTS
研究会報告

若手紹介

共催シンポジウム(物理学会秋季大会)の報告

楠瀬博明 065内殻光電子スペクトル線二色性による
強相関Sm化合物の基底4f軌道対称性の決定

第12回 物性科学領域横断研究会

石田

領域合同研究会報告憲二 06775

As-NQRによる

Ru 1-xRh xAs 超伝導相の研究

受賞
第13回凝縮系科学賞を受賞してInternational Workshop on j-fermion
Physics and Materials 会議報告

水口佳一 069

局所的に空間反転対称性の破れた反強磁性体

井澤

公一 070硬X線内殻光電子線二色性による

CeRu2Al10 における電流誘起磁化

多極子秩序状態の観測

J-Physics: Tropical Topical meeting 会議報告

神戸振作 074of quantum criticality

Hilbert v. Löhneysen 076「拡張多極子研究の進展と展望」に参加して

髙阪

野原

実 080

佳比古 081

滞在記

ドレスデン滞在記

J-Physics 2018: Summer School andInternational Workshop

濵本

諭 093

肥後

友也 094山本

理香子 095

Yajian Hu 096

立方晶キラル化合物EuPtSiの特異な磁気構造と電子状態

ダイヤモンド構造上での反強四極子秩序と電気磁気効果による秩序変数の同定

垣花

将司 098石飛

尊之 099御領

潤 100

一研究者の言葉角田藤井峻太郎 083

拓斗 085My maiden visit to Japan for collaborative
research work and subsequently attending

暁成 092quantum oscillation

第20回サー・マーティン・ウッド賞を受賞して 岡本

海外派遣制度によるチューリッヒ滞在の報告

高力Magnetotransport measurement and受賞

サー・マーティン・ウッド賞受賞

祥希 091勇輔 079determination of Fermi surface through岡本佳比古さん

桑田

拡張磁気八極子ドメインの直接観測」

淡路島サマースクールと国際会議に参加して
J-Physics トピカルミーティング

惟奈 090「ワイル反強磁性体Mn3Snにおける巨大な磁気光学カー効果とMultidimensional entropy landscape金井Rajib Mondal 087

駄文事務局からのお知らせ
２０１９年４月からの領域関連行事

101

事務局からのお知らせ ／ 編集後記

102

巻頭言

神は細部に宿る
領域代表

播磨

尚朝

神戸大学大学院理学研究科

教授

J-Physicsニュースレターも第７号となりました。領域発足から4年近くを経過して、4月からはいよいよ最終年
度に入ります。これまでに多くの方に領域の活動に参加していただきました。おかげさまで、領域発足当初に予想していた以上の研究成果が出てきたように思います。それは、拡張多極子という概念が領域外にまで徐々に認知されてきていることにも現れています。電場誘起磁化効果が拡張多極子を用いて整理されて多くの物質において観測されていますし、磁気スピンホール効果も拡張多極子の概念を用いて理解されています。また、MnSiで観測されたスキルミオン磁性が同じ空間群の結晶であるEuPtSiでも観測されており、局所対称性を通じた遍歴磁性（d電子系）と局在磁性（ f 電子系）の共通概念の構築に向けても研究が進展しています。このような新しい成果を論文などにまとめる時は、意気揚々とした気分である一方で、新しさが故に細かな点が気になる場合もあるのではな
いでしょうか。しかし、新しい成果ほど早く世に送りたいものですし、忙しい時代にあって、細かな点まで検討する
時間をなかなかとれないものだと思います。
「神は細部に宿る」という言葉を聞いたことがあるでしょうか。一般的にはドイツの建築家であるルートヴィヒ・
ミース・ファン・デル・ローエ（Ludwig Mies van der Rohe、1886/3/27/-1969/8/17）が好んで口にした言葉とされているようです。建築家の言葉ですから、建築物を造る時は細部に手を抜いてはいけない、という様な意味なのでしょうか。関西学院大学の加藤哲弘教授は、美術史家のアビ・ヴァールブルク（Aby Warburg, 1866/
6/13 -1929/10/26）がハンブルグ大学での講義で用いたのが最初でないかと指摘しています[1]。ともあれ、最初に指摘した人やその対象に限らず物を作りだす時にしばしば使われている様です。
「神が宿る」とは、いかにもキリスト教的な世界観を表現しているように思えますが、もともと宗教画に対して言われた標語だったからかもしれません。
建築や美術には関係なく、私は「神は細部に宿る」という言葉が好きです。そう言うと、細かいところにこだわって、重箱の隅をつついて喜んでいる姿が思い浮かぶでしょう。そして、重箱の隅に神は潜んでいるのでしょうか。
神が何処に潜んでいるかどうかは簡単には解らないものだと思います。しかし、できる限り細部に注意を払わなければ、神は姿を現してはくれないのではないでしょうか。
最近は、論文の執筆から出版までに必要な時間はすごく短くなってきました。その分、学問の進み具合も以前にも増して速くなって来たように感じます。実験での測定や数値計算でも格段に速く大量のデータが取得できるようになっています。関係する論文の情報もネットなどを用いて比較的簡単に手に入ります。論文執筆の作業についても、パソコンやネットの助けを借りることで簡単になりました。しかしながら、それらの情報を整理して自身の主張をまとめて表現することに要する時間を短くすることはできません。新規な話題ほど、共通認識が構築されていない分、押えておかなければいけない条件などが多くなるように思います。結果を早く公表しようとすると、意図している訳ではありませんが、細かい点がつい御座成りになってしまうのは、私ばかりではないでしょう。
一過性の口頭発表とは違って、研究論文を出版する場合は、投稿から出版までの時間が短くなってきたとは02

言っても、査読という過程を経ることが多いです。査読の有無は公表された研究論文としての価値を左右します。
査読では、研究内容の評価や信憑性の検証などが行われており、検証は細部に渡ることもあるでしょう。研究論文
でなくても、新聞や書物などの一般に公表される情報には信憑性が求められます。それを検証する作業は、査読ではなく閲読あるいは校閲と呼ばれるものでしょう。校正というのは元原稿と比べて正すことですが、校閲と言うのは元原稿の誤りを正す作業も指します。この巻頭言も、過去のものを読み直すといくつかの誤りを見つけて恥ずかしい思いをします。その多くは、パソコンに漢字変換を任せていたものや思い込みに依るものですが、いずれにしてももう少し注意深く検証していれば防げたものです。何を細かなことを、と思うかも知れませんが、一度書かれた文章というのは、簡単に二次拡散していくもので、ネットの世界での拡散の速さはご存知の通りです。研究論
文においても、誤った参考文献が引用されていたり、図の説明が違っていたりするものを見かけますが、それらは熱心な読者をがっかりさせますし、延いては興味を失わせることにもつながります。
査読や校閲を経ない文章は、誤りをより多く含んでいると言ってもよいでしょう。査読付きの雑誌には評価の高
い研究成果が掲載されていますが、査読だけでなく閲読や校閲の質も雑誌の価値を決める指標になると思います。本来は著者が気をつけることでしょうが、第三者である査読者や閲読者、場合によっては編集者がしっかりと指摘することも大事です。最近、成果発表のスピードが速くなったせいか、この点が御座成りにされているような気がします。もちろん、これは自らへの戒めも含めて書いているのですが、細部に渡る検証へのこだわりを諦めてはいけません。私がここで言いたいことは、細部の誤りを完全に無くせ、というのではなく、細部への検証作業を怠るな、ということです。時間の制約もありますので十分な検証が出来ないこともありますが、それでも検証が不十分なことは覚えておかなければなりません。
少しばかり話が抽象的になってきました。例えば、あることを主張する場合に、その前提となる条件を整えます。
その条件が全て正しいということはまずありません。正しいことがある程度は検証されていることもあるでしょうし、
正しいことが予想されているだけのこともあります。自分のものばかりでなく、他人の結果や主張を参考にして研究を進める訳ですから、全てが検証可能という訳にはいきません。実験結果や計算結果に少しばかり怪しい点があっても、気にしない場合もあります。研究成果＝物語というものは、その様なあやふやなものの上に成り立っています。
細部にこだわってばかりでは研究を前に進めることが出来ませんが、新規な点をことさら強調して、細かな点への配慮が足りない成果というものは、実は賞味期限も短いのではないでしょうか。細部にこだわることこそが、研究成果
をより確実なものにして、さらには将来につながる大きな研究の流れを作っていくために必要なことだと思います。
細部へのこだわりの先にこそ神は現れるのだと思います。

[1] 加藤哲弘、人文論究、53巻1号、(2003)15-28.(http://hdl.handle.net/10236/363)

03新学術研究領域「ナノスピン変換科学」

スピン変換研究から見た多極子伝導大谷義近

東京大学物性研究所

新学術研究領域ナノスピン変換科学（スピン変換）の着想は、スピンを媒介とした固体内部の角運動量保存則であり、これに基づいて電気、光、音、振動、熱の相互変換を実現しようとするものである。これまでに、反強磁性スピン軌道トルク、スピンゼーベック効果、スピンペルチェ効果、スピン流体発電など多くの成果が上がっている[1]。これらの諸現象を電気的に観測することを可能にしているのが、スピンホール効果であり、最も代表的なスピン流−電流相互変換現象であると言っても過言ではない。
この変換を発現させる主要原理がスピン軌道相互作用であり、J-Physicsで着目する諸物理現象においても、
空間・時間の対称性とともにスピン軌道相互作用が重要な役割を担っている。最近では、我々のスピン変換研究においても、空間反転対称性が破れたラシュバ界面やトポロジカル絶縁体の表面状態において、スピン運動量
ロッキング現象やエデルシュタイン効果を通じて多様なスピン流・電流相互変換機能が発現しており、多くの関連研究が進行している。このように “対称性” や “スピン軌道相互作用” と言うキーワードをとっても、両研究領域の関連性は密接であることが分かる。
我々のスピン変換では、三つの達成目標の一つとして「スピン変換による新物性の創出」を設定していることから、私のグループでも新奇なスピン変換物性の創出を目指して研究を進めている。新しい展開の芽を探していた
ところ、私の所属する東京大学物性研究所の中辻グループからワイル反強磁性体Mn3Snにおいて強磁性体にも匹敵する異常ホール効果が発現することが報告され[2]、スピン変換の観点から強い興味を持った。一般的に、異常ホール効果の発現機構には、サイドジャンプやスキュー散乱と言った外因性とバンド構造の作るベリー位相に由来する内因性機構の二つがある[3]。スピンホール効果も異常ホール効果と発現機構を共有することから、我々の実験手法を用いれば、新奇な反強磁性体のスピンホール効果が観測できると予想し、即座に実験の提案をしたところ快く共同研究の申し出を受けて頂いた。その後、試行錯誤の末、従来のスピンホール効果とは異なる時間反転対称性を破った磁気スピンホール効果と言う新しいスピンホール効果を観測するのに成功した(図１参照)[4]。
この他にこの物質で特筆すべきことは、鈴木ら[5]が言及しているように時間反転対称性が破れた磁気八極子を基底に取ることで異常ホール効果の見通しが良くなることである。すなわち、磁気八極子は、あたかもマクロ
スピンのようにふるまうと考えることができ、これまでに培った強磁性スピントロニクスの知見を、磁気八極子構造を内包する反強磁性体に当てはめることができそうである（図２a．参照）。
磁壁電流駆動型メモリーやロジック素子などのスピントロニクスデバイス研究において、スピントルクによる磁壁の電流駆動ダイナミクスの詳細を明らかにすることは重要な研究課題の一つである。このため、強磁性体中の磁壁の電流駆動ダイナミクスに関する多くの研究がなされてきた。その結果、磁壁の移動速度は駆動磁場や電流の大きさに比例して増大するものの、閾速度を超えるとウォーカー・ブレイクダウンと呼ばれる磁壁構造の不安定化に伴う急激な減速現象が生じ、磁壁素子の駆動速度や駆動電流の限界値を与えることが明らかとなっている。

04

研究解説

図 1 a．スピンホール効果によって生じるスピン蓄積測定用素子の電子顕微鏡像。図中青色の部分は強磁性電極、オレンジ色の部分は非磁性銅電極。 b．スピン蓄積測定原理の説明図、外部磁場により強磁性体検出器の磁化方向を反転させると、c．図に示すようなヒステ
リシスを伴うスピン蓄積信号が測定される。八極子スピンを反転させると時間反転対称性が破れるためヒステリシスの符号が反転する。

図２．マイクロマグネティクス計算による反強磁性磁壁の計算：a. 二つの隣接するカゴメ格子の副格子磁化が作る 6 種類の磁気八極子構造、
b. 磁気八極子（マクロスピン）の位置依存性、c. ３つの 60°ごとに回転する磁壁（60°磁壁）で構成された反強磁性磁壁構造の模式図。

研究解説

05

一方で、次世代デバイスの主要構成材料として、漏れ磁場がなく高密度化に適し、強磁性体の磁壁より高速の
テラヘルツでの動作が可能な反強磁性体への関心が高まっている。最近になって、フェリ磁性体において系全体の角運動量がほぼゼロとなる補償温度近傍において磁壁移動速度が、従来の数倍の2 km/sと非常に大きく、超高速になることが見いだされている[5]。磁気八極子が磁区構造の主構成要素となるMn3Snは、強磁性スピント
ロニクスの知見をテストする打って付けの舞台を提供する。我々の準備的な研究からも、図2に示すように、基本磁気構造として二つの隣接するカゴメ格子面の副格子磁化は回転する6種類の磁気八極子構造を取る。図2b.に示すように、八極子構造をマクロスピンとみなした強磁性成分の[0001]方向の位置と角度をプロットすると、興味深いことに、通常のブロッホ磁壁の様に連続に回転するのではなく３つの60°ごとに回転する磁壁（60°磁壁）で構成された磁壁構造を取り、正味の磁壁幅は800 nmと比較的大きな値になることが分かった。
これらの知見をもとに現在実験を進めており、電流誘起磁壁移動の兆候も見え始めている。今後、多極子の観点から金属スピントロニクスで用いられているスピントルクやスピン軌道トルクなどの駆動原理を磁気八極子に拡張することが出来れば、スピン流ならぬ磁気八極子流（Octupole currents）の物理が出現し、スピントロニク
スの分野もJ-Physicsのコミュニティーと融合して新しい研究展開を見せるのではと夢見ている。

[1] Y. Otani et al., Nature Physics 13, 829 (2017).
[2] S. Nakatsuji et al., Nature 527, 212 (2015).
[3] Y. Niimi et al., Rep. Prog. Phys. 78, 124501 (2015).
[4] M. Kimata et al., Nature 565, 627 (2019).
[5] K. J. Kim et al., Nature Materials 16, 1187 (2017).

06

研究解説

Ｂ０１：立方晶化合物の特異な電子状態

Eu化合物の特異な電子状態
大貫惇睦

琉球大学 理学部

本多

史憲

東北大学
金属材料研究所

竹内
准教授

客員教授

徹也

大阪大学
低温センター

助教

播磨尚朝

神戸大学 理学部
教授

辺土

正人

琉球大学 理学部
教授

仲間

隆男

琉球大学 理学部教授

これまでのEu化合物の物性研究は、主としてアーク溶解した多結晶での研究であった。それは Ce とは異なって，蒸発しやすく単結晶育成が難しいからである。私達は単結晶を育成し，その電子状態を研究したので報告す
る [1, 2]。Eu 化合物も様々な電子状態があることが明らかにされつつある。

単結晶育成
銀白色の金属であるEu原材料は通常オイルの中に入って市販されている。純度は3Nで融点826 ℃、沸点
1529 ℃である。Ceと異なり弱硝酸によるエッチングの表面洗浄はできない。表面の酸化層をナイフで削り、脱水アセトンの入ったガラスビンにほんの一時保管する。例えば、EuGa4 の単結晶を育成する時は、このガラスビ
ンのまま超音波洗浄したEuと原材料Gaを二元状態図に従いEu : Ga = (0.15 ~ 0.1) : (0.85 ~ 0.9) の割合でアルミ
ナるつぼに入れて石英管に封入し、Gaの自己フラックス法で育成する。この時のEuの表面層は購入時のEuほどではないが、削る中で直ちに酸化する。自己フラックスではない時は、Inがフラックスとして使用されることが多い。フラックス法ではこの程度のEuで充分良質な単結晶が育成される。育成期間はおよそ2週間である。フラックス法が適用されない時は、封入型のブリッジマン法になる。例えば融点1427 ℃のEuPd3 の単結晶を育成する
時は、るつぼは融点2623 ℃のMoるつぼにする。この時は前述のEuをアルゴンガスで置換したグローブボック
スの中でEuの表面を更にナイフで削り、Moるつぼの中に入れて、そのふたをアーク溶解して封入する。このような手続きをしても、完全にはEuOを排除することはできない。それは5 〜 10 mm角の原材料のEuをナイフで削っていると、ブロックの中に黒い筋があったりする。これは酸化物であり、これがEuOとなって単結晶の中にわずかではあるが混入するのであろう。EuPd3 の場合は1480 ℃くらいの高温で若干の高温勾配の中にセットし、1週間ぐらいかけて育成する。
EuT2Si2 (T : Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt) の時は、T2Si2 をあらかじめアーク溶解することが重要である。例えばRhの融点は1964℃でRhSiの融点は1452 ℃である。前述のMoるつぼを使ったブリッジマン法では使用温度は1500 ℃以下にしたいため、またEuRh2Si2 の融点は1600 ℃以上と推定されるので、仕込みのEuの量を1.8 ~ 2.0と多くして、Euのフラックス法という考えで育成する。

電子状態
これらの手法で育成したEu化合物の電子状態を以下に説明する。Eu化合物の95 %以上がEu2+(S = 7/2, L =0, J = 7/2, μ eﬀ = 7.94μB / Eu, gJ = 7μB /Eu)の磁性体、その多くは反強磁性体である。ほんのわずかEu3+ あるい

研究解説

07

は3価 に近 いEu化 合 物 が 存 在 する。しかし、EuRh2Si2,
EuNi2Ge2, EuCo2Si2, EuGa4 などのいくつかの化合物では圧力を加えると、図1(b)に示すようにある圧力Pv で、温度に関して1次の価数転移を起こす。つまり、ある温度
Tv で２価に近い電子状態から３価に近い電子状態に1
次の価数転移を起こす。図1(a)はよく知られたドニアックの相図であるが、Eu2Ni3Ge5, EuPt2Si2, EuCu2Ge2 では
このドニアックの相図に従ってEu2+ の反強磁性体が比較的重い電子状態に圧力とともに変貌する。これらの化合図1. (a) ドニアック相図と (b) 価数転移の圧力 ‒ 温度相図

物の中から、典型的な化合物の常圧での電気抵抗を図2に示す。

図2. 典型的なEu化合物の電気抵抗

Eu2+ の化合物の磁化曲線
まずEu2+ の電子状態について述べよう。図3(a)はネール温度TN = 17 Kの反強磁性体EuGa4 の磁化容易軸H //[100]と困難軸H // [001]での磁化曲線であり、2つの磁化曲線はほとんど変わらない。L = 0のため、結晶場がない
局在4f 電子は単純な磁化曲線を示す。磁化困難軸H // [001]は (H // [100]も)、fan構造から7μB / Euに達する
磁場H cで磁場により誘起された強磁性 (基本的には常磁性) 状態となる。そのHc はH c = (k B / 3μB) (TN ‒ θp )、すなわちH c [kOe] = 4.96 (TN − θp) [K]で表される。しかし、教科書に載るような典型的な磁化曲線が図3(b)に示すようにEuNiGe3 などで見出される。更にはスキルミオンを示す EuPtSi の磁化曲線もある [3]。

08

研究解説

２価の化合物のH > Hcでのフェルミ面は、Sr化合物、
すなわちEuGa4 はSrGa4 のフェルミ面で説明可能である。

Eu3+ の化合物のフェルミ面
次に3価のEuPd3では、Eu3+ が4f 6 5s 2 5p 6 (5d 1 6s 2 )のため、
図3. (a) EuGa4 と (b) EuNiGe3 の磁化曲線

S = L = 3, J = 0であるので磁気モーメントは持たない。
5d16s2 が 価 電 子 となり、主 としてPd-4dとPd-5s, 及 び
Eu-5d電子でフェルミ面が構成される。ドハース・ファン
アルフェン(dHvA)効果によるdHvA振動数Fの角度依存性(実験)とLDAに基づくバンド計算の結果を図4(a)と(b)にそれぞれ示す。この時の4f電子は j ‒ j 結合で考え、6重縮退の j = 5/2と８重縮退の j = 7/2に分裂し、j = 5/2の準位はフェルミ準位から0.34 Ry下に、つまり4.7 eVあたりに占有し、4f電子の空席の j = 7/2はフェルミ準位より1.3 eV上に位置するようにセットして計算されたものである。つまり、遮蔽クーロンパラメーター U をf 電子に導入する。実験と理論は極めてよく一致している。
この4f電 子 はJ = 0で は ある が、J = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6の多重項のエネルギー差はそれほど大きくなく、そのた

図4. (a) EuPd3 のdHvA振動数の角度依存性と、(b) バンド理論の結果、(c) フェルミ面、及び (d) 状態密度

めヴァンブレック常磁性が出現する。図5はEuPd3 のヴァ
ンブレック常磁性の温度依存性であり、J = 0, 1, 2, 3はE 0 = 0, E1 = 467 K, E 2 = 1150 K, E 3 = 2500 Kと推定された。図中の赤の一点鎖線がその理論曲線である。

重い電子状態
さて、図6に示されるEuNi2P2 は電子比熱係数が約100 mJ / (K2・mol)の重い電子状態の化合物である。この重い電子状態は近藤効果に基づいていることを、熱膨張係数αの温度依存性から明らかにした。図6(a) は40 Kに
熱膨張係数がピークを示している。また、熱電能も40 Kにピークを持つ。CeRu2Si2 の同様な実験結果の解析ではピークを示す温度の2倍が近藤温度TKとされている。従ってEuNi2P2 はTK = 80 Kと決定され、100 mJ/(K2・mol)の重い電子状態は近藤効果によることを私達は明らかにした。更に図6(b)に示す4f電子の寄与する体積の相対変化(ΔV / V )4f はメスバウアー分光のアイソマーシフトから求めた 4f 電子の価数に対応することも明らかに

研究解説

09

した。EuNi2P2 の室温での価数は2.25であり、近藤温度
TK = 80 K以下から急激に価数は増大し、4.2 Kでは2.48
となる。

価数転移
次に、価数転移を起こすEuRh2Si2, EuNi2Ge2, EuCo2Ge2の温度̶圧力相図を図7(a) - (c)に示す。価数転移が始まる圧力Pv はそれぞれ約1, 2, 3 GPaである。その1次の価数転移が終わる圧力PCEP は2, 3.5, 4.5 GPaと推定され
図5. EuPd3 のヴァンブレック常磁性による磁化率の温度依存性、
赤の一点鎖線は理論曲線

る。P > PCEPでは価数はEuNi2P2 のように徐々に降温とともに変化していくことになり、やがては3価に近い電子状態となる。EuRh2Si2 の圧力下での電気抵抗を図7(d)と(e)に示す。

ドニアックの相図
更にネール温度が徐々にゼロになるドニアックの相図に従うEu2Ni3Ge5, EuPt2Si2, EuCu2Ge2 の圧力−温度相図を図8(a) - (c)に 示 す。この 中でEuCu2Ge2 の6 GPaから7
図6. (a) EuNi2P2 の熱膨張係数αの温度依存性 (b) 4f電子による体積の相対変化の温度依存性とメスバウアーのアイソマーシフトから推定された Eu の価数 [4]

GPaへの変化は著しい。図８(c)の相図作成のもととな
るEuCu2Ge2 の圧力下の電気抵抗の温度依存性を図８(d)と(e)に示す。低温での電気抵抗はρ = ρ0 + AT 2 で表され、ρ0 と A の 値を圧力に対してプロットしたのが、図８(f ) である。この図からも７GPaが TN → ０の量子臨界点と思われる。この著しい圧力変化は三宅和正氏が指摘するように、CeRhIn5で議論された価数転移も関与した現象なのかもしれない [5]。CeRhIn5で見出された圧力誘起超伝導が、EuCu2Ge2 の7 GPa で見出されるか、今後の研究が楽しみである。

10

研究解説

図7. 価数転移を起こす (a) EuRh2Si2, (b) EuNi2Ge2, (c) EuCo2Ge2 の圧力 ‒ 温度相図．(d)と(e) EuRh2Si2 の圧力下での電気抵抗の温度依存性

図8. ドニアックの相図に従う(a)Eu2Ni3Ge5，(b) EuPt2Si2，(c) EuCu2Ge2 の圧力−温度相図 (d) - (f) EuCu2Ge2 の圧力下の電気抵抗の温度依存性，
ρ = ρ0 + AT 2 のA 値，残留抵抗値ρ0 の圧力変化

研究解説

11

図9. EuT2X2 (T : 遷移金属，X: Si, Ge)の体積Vとネール温度T N の関係

まとめ
最後にまとめとしてEuT2X2（T : 遷移金属, X: Si, Ge）の体積Vとネール温度TN を図9に示す。体積は図の右側が小さく、左側が大きいことに注意されたい。体積が大きいとEu2+ の反強磁性体、体積が小さいとEu3+ のヴァン
ブレック常磁性体である。その中間に価数転移を起こしたり、徐々に価数が変化してTN → 0となるEu化合物が存在することを示している。

[1] Y. Ōnuki et al., Philos. Mag. 97, 3399 (2017).
[2] F. Honda et al., Physica B 536, 182 (2018).
[3] M. Kakihana et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 023701 (2018).
[4] R. Nagarajan et al., Phys. Rev. B 32, 2846 (1985).
[5] S. Watanabe and K. Miyake, J. Phys. Soc. Jpn. 78, 033707 (2010).

12

研究解説

Ｂ０１：遍歴多極子による新奇量子伝導相

立方晶Sm化合物における特異な強相関電子状態
東中隆二

首都大学東京 理学研究科

山田瑛

首都大学東京理学研究科 博士課程

松田

助教

達磨

首都大学東京理学研究科 准教授

青木勇二

首都大学東京理学研究科 教授

本ニュースレーターでは、Eu系の重い電子状態について大貫先生が解説記事を執筆されており、一方、私は同じく価数自由度が深く関わると考えられるSm化合物における重い電子状態についての解説記事を執筆させて頂くことになりました。本稿では、Sm系で観測されている「磁場に鈍感な重い電子状態」あるいは、「磁場に鈍感な秩序状態」について、SmTr 2Al20 (Tr：遷移金属)の研究結果を通してその物理的特徴を紹介します。これまでの研究により明らかになったことに加え、残された課題も含め現状を紹介する内容となりますので、是非今後の研究にご助言を頂ければ幸いです。このSm化合物における「磁場に鈍感な重い電子状態」の研究のきっかけとなる物質は、充填型スクッテルダイト化合物のSmOs4Sb12です。この研究に続き、同じく籠状物質として注目を集めたRTr 2Al20 において、YbやPr系で精力的な研究が展開される一方、Sm化合物においてこの「磁場に鈍感な重い電子状態」が発見されたことで、我々はSm化合物特有の新奇な強相関電子状態に注目してきました。
このSm系特有の特異な現象を考える上で、Smのイ
オン単体の特徴を簡単に述べておきたいと思います。まず、価数状態に関して、希土類元素の2価から3価へのイオン価エネルギーに注目します(図1(a))。この図から、
Eu, Ybイオンが２価になりやすいことが端的に分かると同時に、本稿主役のSmやTmにおいて、Euほどではな
いものの2価をとりやすい傾向があることがわかります。
イオン化エネルギーの違いは、実際の化合物において２価をとるEu化合物は多数報告されている一方、典型的な２価をとるSm化合物が非常に少ないことにも現れ

図 1 : 希土類元素における (a) 第三イオン化エネルギー (b)S, L,
gJ J, dGています。しかしながら、Sm化合物では、以下の内容でも示すようにX線吸収実験から、中間価数状態をとると思われる物質が多いことがわかってきています。
一方、磁気的自由度に注目して、磁気的な基底状態を持つSm3+とEu2+ の状態を比較してみると、図1(b)に示
すように、一般に磁気的なエネルギースケールに対応するde Gennes factor が Eu2+ に比べSm3+ では1/4程度の小さな値になっています。このことは、Smが磁気的基底状態を取るエネルギー利得が小さい傾向があることを示していると考えられます。さらに両者で大きく異なる特徴は、軌道自由度の大きさ(Sm3+ : L = 5, Eu2+ : L = 0)であり、Sm3+ は、磁気モーメント(gJ J ) が小さいものの、軌道の自由度が大きく残っていることがわかります。これらの単体イオンに見られる、価数の自由度とこの軌道の自由度の違いが複雑に関係することが、SmとEu化合

研究解説

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物における物性の違いにも深く関わっているのではと考えています。

磁場に鈍感な強相関電子物性を示すSmTr2Al20
従来の重い電子状態の特徴として、近藤効果に起因した-logT に依存する電気抵抗率と増強された電子比熱係数が挙げられます。両者とも通常磁場印加により抑制されますが、SmTr 2Al20では、磁場に殆ど依存しない特
異な振る舞いを示します。まず、図2に電気抵抗率の温

図 2 : SmTr 2Al20 (Tr = Ti, Ta) の抵抗率の温度依存性

度依存性を示します。室温から降温につれて、電気抵抗が金属的に減少した後、極小値を持ち、上昇に転じます[1,2]。この上昇は-logT の依存性を示すため、近藤効果を示唆すると考えられますが、図に示すように磁場中でほとんど変化せず、従来の重い電子系で見られる負の磁気抵抗が観測されません。さらに、T = Tx で相転移を起こし、転移温度以下で電気抵抗率の減少を示します。この相転移温度も同様に磁場中で殆ど変化しない特徴を示します。

図 3 : SmTr 2Al20 (Tr = Ti, V, Cr, Ta) の C4f /T の温度依存性

次に、磁気比熱C 4f/T の温度依存性を図3に示します。
電子比熱係数γは、秩序相内にも関わらず、大きな値(最大値は3.2 J/mol K2 (Ta))を取ります(図3)[1-3]。興味深いことに、この秩序相内のみならず、常磁性状態でのC 4f/T の 振る舞いすら磁場中で殆ど変化していません。
Smの基底状態は、S 4f がRln4で飽和傾向を示すことか
らSm3+ のJ = 5/2多重項の結晶場Γ8 四重項であると考えられています。Smの秩序磁気モーメントの値は、ゼロ

14

磁場での核比熱解析から0.22 μB/Sm (Ta)程度となり、

図 4 : SmTr 2X20 (Tr：遷移金属 , X：Al, Zn, Cd)の磁化率の温度依存性[1] R. Higashinaka et al., J. Phys. Soc. Jpn. 80, 093703 (2011).
[2] A. Yamada et al., J. Phys. Soc. Jpn. 82, 123710 (2013).
[3] A. Sakai and S. Nakatsuji, Phys. Rev. B 84, 201106(R) (2011).

[4] T. U. Ito et al., J. Phys. Soc. Jpn. 81 SB050 (2012).
[5] 中瀬 迅 他, 日本物理学会秋季大会 24aF21-7 (2017).
[6] 高橋 祥平 他, 日本物理学会秋季大会 13pJD-12 (2016).

研究解説Γ8 状態(0.67μB/Sm)やSm3+ の自由イオン(0.85μB/Sm)から期待される値から大きく抑制されています。磁気秩
序は中性子、μSR実験[4]からも観測されており、中性子実験の磁気散乱強度が単純な磁気双極子の磁気構造因子のみでは説明できず、小さな秩序モーメントを持つことが分かっています。これらのことより、秩序変数への高次多極子自由度の関与が示唆されます。これは、SmTa2Al20 のNQR測定におけるTx 近傍のAlサイトのスペクト
ル幅の温度依存性が単純な磁気双極子秩序、電気四極子秩序では説明できないこと[5]や、超音波測定におけるTx 付近で四極子の寄与が示唆される明確なソフト化[6]と矛盾していません。
磁化率の温度依存性も、Ce系等の重い電子状態とは異なる振る舞いを示します。従来の系では、重い準粒子のフェルミ液体状態特有の増強されたPauli常磁性が観測されますが、本系では、大きな常磁性成分が存在せず、低温領域で非常に抑制された有効磁気モーメントμeﬀ を持つCurie-Weiss的な振る舞いが見られます(図4)[1-3]。この温度依存性は、Sm3+ の磁化率と良く一致するSmTr 2 X 20 (X = Zn, Cd)の温度依存性と明らかに異なっています。SmTr 2 X 20 (X = Zn, Cd)は、SmTr 2Al20と同様のカゴ状構造を持ちますが、c- f 混成強度が弱く、局在した4f電子状態を示します。実際に、磁化率の温度依存性で、明確なCurie-Weiss的な振る舞いを示すことに加え、電気抵抗率の温度依存性では、近藤効果を示唆する-logT 依存性は観測されていません。
Smイオンの価数vSm は、X線吸収スペクトロス
コピー [7]、メスバウアー分光実験[8]により、平
均 価 数+2.85価 で あり、10-7 sec. 以 下 の 時 間 ス
ケールで揺動していることがわかっています(図5)[8]。vSm(以下、XASの測定値を指す)は、全てのSmTr 2Al20 でほぼ同じ値を取り、殆ど温度依存しません。一方、SmTr 2Al20と同じく磁場に鈍感な重い電子状態を示すSmOs4Sb12 の vSm は、同様に

図 5 : (a) SmTi2Al 20 の XAS スペクトル (b) SmTr 2Al20 (Tr = Ti, V, Cr, Ta) の Sm
イオンの価数 v Sm の温度依存性

室温で中間価数(+2.84価)を取りますが、SmTr 2Al20とは異なり、logT に依存して+2.76価(10 K)に減少する振る舞いを示します[9]。
上記の特異な振る舞いのSm濃度依存性を明らかにするために、SmxLa1-xTa2Al20 の物性測定を行ったところ、x= 0.01の系においても電気抵抗率に明確な-logT依存性が観測され[10]、その振る舞いは非希釈系と同じく磁場応答が非常に小さいことが分かりました。また、vSm に関しても非希釈系と同様な振る舞いを示しており[11]、磁場に鈍感な近藤効果及び中間価数状態はSm単サイトでも実現することを見出しました。
[7] R. Higashinaka et al., JPS Conf. Proc. 3, 011079 (2014).
[8] S. Tsutsui et al., Hyperﬁne Interact. 238, 100 (2017).
[9] K. Fushiya et al., Phys. Rev. B 92, 075118 (2015).

[10] A. Yamada et al., Physics Procedia 75, 522 (2015).
[11] A. Yamada et al., J. Phys.: Conf. Ser. 683, 012020 (2016).
[12] R. Higashinaka et al., AIP Advances 8,125017 (2018).

研究解説

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立方晶Sm強相関化合物
以上で述べたように、SmTr 2Al20 の特徴として、① 増強されたPauli常磁性成分が無く、強く抑制された有効磁
気モーメントを持つこと、② Smの顕著な価数揺動、という二点が挙げられます。これらの特徴と重い電子状態の関係を明確にするため、Sm立方晶化合物に絞って、電子比熱係数、有効磁気モーメント、Sm価数に注目して、その振る舞いをまとめたものが図6及び図7です[12]。
図6にγとμeﬀ の関係を示します。また、中間価数物
質を赤字で示しています。μeﬀ > 0.4 μB /Smの領域にはSmTr 2 X 20 (X = Zn, Cd), 充填スクッテルダイト化合物が位置します。これらの化合物のSmの4f 電子は伝導電子との混成が弱く、局在性が強いと考えられます。注目すべき点は、磁気モーメントの大きさが抑制されている
μeﬀ < 0.4 μB /Smの領域の化合物のSmの価数状態は

図 6 : Sm 立方晶化合物の電子比熱係数γと有効磁気モーメントμeﬀ の関係

全て中間価数となっている点です。これは、Sm系での強相関電子物性には、価数自由度が大きな役割を果たしていることを意味します。全てのSmTr 2Al20 がこの領域に属しており、100 mJ/mol K2 を超える電子比熱係数を示します。また、ほとんどの化合物がγ= α/μeﬀ 2 (α = 5~ 2×102 mJμB 2 / mol K2)の領域内に存在する傾向が見られています。
γとvSm の関係を図7に示します。vSm が3価から少しずれた領域で、大きく増強されたγを示します。Sm2+ は自由度を有しない一重項基底状態であるため、vSm が2に近付くにつれてγが減少するのは妥当な振る舞いです。Sm3+ は様々な多極子自由度を持ちうるため、価数自由度の寄与も考えられる3価付近で強相関効果により価数が少し減少した領域で重い電子状態が現れると考えられます。価数のズレとγの関係を定量的に見ると、Ce系

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研究解説

図 7 : Sm 立方晶化合物の電子比熱係数γと Sm 平均価数 v Sm の関係

とは顕著に異なっており[12]、ここからもCe系とは異なる自由度の関与が示唆されます。最近、椎名氏により二軌道不純物アンダーソン模型を用いた理論が提唱されています。本系で観測された重い電子状態の特徴である
非常に抑制されたPauli常磁性磁化率、中間価数で特異な重い電子状態が実現していることの理解に成功しており、これからの進展が期待されます。

まとめ、これからの展望
本稿では、SmTr 2Al20で見出した特異な強相関電子物性の実験的事実を紹介した後、Sm立方晶化合物が示す物性を整理し、その傾向について紹介しました。Euも含めてSm系での多数f電子を持つ系での強相関電子物性
研究は未開拓な領域が残されていると考えており、精力的にSm化合物の物質探索を進めていき、これまでの理論的枠組みを超えた新奇強相関電子物性を発見したいと思っています。
最後に、本稿の内容は、筒井智嗣、水牧仁一朗(JASRI)、藤秀樹(神戸大)、中西良樹(岩手大)、三宅厚志、
徳永将史 ( 東大物性研 )、椎名亮輔 ( 琉球大 ) 各氏との共同研究の成果であり、多大なるご協力を頂きました。
また、佐藤英行先生(首都大)には貴重なご助言を頂きました。ここに感謝いたします。

研究解説

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Ａ０１：希土類化合物における軌道依存型混成による電荷秩序と重い電子

サマリウム化合物における特異な重い電子状態
椎名亮輔

琉球大学理学部教授

１．はじめに
近藤格子系として広く研究されてきたセリウム（Ce）化合物に比べて、サマリウム（Sm）化合物の電子物性が一筋縄で理解できないことは良く知られています。Smの4f状態が多f電子系としての複雑さを内包していること
や、f電子数によるイオン価数そのものが不安定であることが、Sm系のミクロな理解を困難にしてきたからです。
例えば、圧力印可や元素置換により生じるSmの価数転移や [1]、Smイオン内でのスピンおよび軌道磁性の相殺現象などは [2,3]、それぞれ長年研究されてきた問題で、Sm系の複雑な物性の典型例と言えるでしょう。一方、
近年、新物質の合成や結晶の純良化によってSm系の実験研究には格段の進展があり、それに伴って理論的な検討も広がりを見せています。こうした中で、本稿では、近年話題になってきたSm系の新たな特性、磁場鈍感重い電子現象とその理論的解釈について、私見を交えて紹介させていただきたいと思います。

２．磁場鈍感重い電子状態
この現象が脚光を浴びる契機は、もう10年以上前になりますが、スクッテルダイト化合物の一種である
SmOs4Sb12 の発見に遡ります [4]。この物質では、10K以下の常磁性状態で電子比熱係数γが 1 J/mol Kにも達し、また電気抵抗率のT 2 係数Aにも同様な増大が観測され、典型的な重い電子系の特徴が見出されました（図１）。そして興味深いことに、この重い電子状態が10 T以上の強磁場を印可してもほとんど変化せず、磁場に対して極めて頑強であることが明らかになったのです。これは、Ce系での従来の重い電子状態が磁場に敏感であることとは対照的です。
ちなみに、冒頭でも指摘したように、もともとSmには軌道・スピンの相殺による磁性の減少傾向があるのですが、それらを考慮しても、この著しい磁場鈍感特性は明らかな異常現象と考えられてきました。

図1．Kadowaki-Woodsプロット．
（文献[5]から転載）

この物質のもう一つの特性は、重い電子状態が中間価数で生じている点です。X線吸収実験によりSmの価数が低温20 K以下で2.76と見積もられており[5]、局在極限の2あるいは3価からは大きく離れていることが示されました。これも従来の重い電子状態からすれば大変異常なことです。すなわち、Ce化合物などにしばしば見られる重い電子状態は、電子系の相互作用効果が主に有効質量にくり込まれる現象で、局在極限に近づけば近づく

18

研究解説

ほど有効質量が大きくなります。例えば、Ceを念頭に置いた周期アンダーソンモデルに対する標準的な平均場理論によると、有効質量の増強因子は、n f をf電子数として(1 ‒n f )-1 に比例することが導かれます。
この表式からすれば、100〜1000倍の有効質量を得るためには価数のずれはdn f < 0.01であることが必要であり、SmOs4Sb12で見出されている中間価数が、従来型の重い電子状態とは整合しがたいことが分かると思います。
さて、当時、スクッテルダイト系を含む籠状物質
で、籠に内包された原子の局所的な非線形振動（ラ図２．SmおよびEuイオンのJ多重項構造と価数ゆらぎの概念図（一般にイオン半径はf電子数とともに増加）．

トリング）による現象が注目を集め、バルク物性への影響が広く議論されていました。その流れで、SmOs4Sb12 の磁場鈍感現象がラトリングと伝導電子との相互作用に起因する可能性も指摘されました。もし f 電子が関与しなければ、磁性の担い手がないので磁場鈍感特性自体は自然に理解できるわけです。しかしながら、顕著な有効質量増強を電子格子相互作用から導くことは、特殊な状況を考えない限り困難であることも認識されていました。
一方、2010年以降、この問題に新たな進展がもたらされました。Sm1-2-20系でも同様な現象が発見されたのです [6,7,8]。その詳細は当ニュースレター掲載の東中氏らの解説記事に委ねますが、当初SmOs4Sb12 のみに見られた磁場鈍感重い電子が、実はSm化合物を舞台として現れることが明らかになったわけです [9]。ラトリングは充填された希土類原子の種類によらないはずなので、こうした発見は、第一義的にはSmの4f状態が重要であることを示しています。

３．理論的解釈
このような現状を踏まえて、磁場鈍感現象をどのように理解したら良いのでしょうか？ 筆者が最近行なった理論研究について簡単に紹介させていただきたいと思います [10,11]。まず着目したのはSm2+ に対応するf 6 状態です（図２）。f 6 配位では全角運動量J = 0の一重項状態が基底となるので [12,13]、f 5 配位の磁気的多重項との価数ゆらぎを考えれば、一見Ce化合物におけるf 0 - f 1 配位間の価数ゆらぎと似ています。しかし、Ceのf 0 状態との本質的な違いは、同じ一重項でもSmのf 6 状態が多電子状態であり内部構造があることです。この違いが、cf
混成による強い価数ゆらぎにどう影響するかは理論的にも大変興味深い問題です。
具体的なモデル化に当たってのポイントは、Smスクッテルダイトおよび1-2-20系ともに立方晶であり、結晶場

研究解説

19

分裂したf状態のなかでΓ8 四重項状態の混成が主要であることが予想される点です。この点に留意して、複雑なf 5 およびf 6 状態をあらわに扱うことを避けて、思い切った単純化を行ないました。すなわち、モデル自由度として
Γ8 状態のみを考慮し、Γ8 の一重占有をf 5、二重占有をf 6 とみなそうというものです。さらに、希土類イオンを不純物系とみなせば、問題は反強磁性相互作用を有する二軌道アンダーソン模型にマップされます。実は類似のアンダーソン模型は、二不純物近藤問題や結晶場一重項系の近藤効果などに関連して調べられてきた経緯があり、混成の強度変化により局所一重項と近藤一重項の間で量子転移を示しうることが指摘されていました。この量子転移がSm系でも、というのが、この現象に対する理論的なアイデアの起点でもあったわけです。
筆者は、この模型に数値くり込み群法を適用し、隠れた量子転移の有無や価数ゆらぎ、フェルミ液体特性などを調べました。
それによれば、混成の変化に対して確かに明確な転移が存在し、転移点での比熱係数γの発散的増大が確認され、またγの増大が広い領域に及ぶことが明らかになりました（図３）。さらに、比熱係数と一様帯磁率の比に対応するウィルソン比W ∝χ/γが転移点で消失し、その近傍領域で極めて小さな値をとることも分かりました。
従来型の重い電子状態ではウィルソン比はW = 1~2となるので、それらとの比較で考えれば、一種の磁場鈍感
重い電子状態が転移点近傍に現れたと言えるわけです。また、若干意外なことに、f 2 配位における励起三重項が十分な高エネルギー準位となっても有限の混成強度で転移が生じることが明らかとなり、そのため、このような重い電子状態が広く中間価数領域で生じることも示されました。このように、比較的単純な二軌道モデルにより、従来型とは質的に異なった重い電子状態が得られ、それらがSm系で見出されている異常現象を良く説明することが示されたわけです。特に、質量増強に伴ってウィルソン比が減少するという特性は、圧力印可や元素置換に
より実験的チェックが可能と思われます。

図３．左図 [10]：近藤一重項（KSP）と局所一重項（LSP）の相図．Vは混成強度、Δはモデルf 2 配位（Sm2+ に対応）における一重項−三重項励f起エネルギー . 右図 [11]：比熱係数γ、ウィルソン比W、Γ8 状態占有数n の計算結果の一例．イオン価数はx = 4 ‒ n f.

20

研究解説

４．まとめ、およびEu化合物について
本稿では、近年Sm系の特性として定着しつつある磁場鈍感重い電子現象とその理論的解釈について紹介させていただきました。もちろん、理論は簡単化されたモデルによる解析であり、現実物質とのミクロな対応関係
や実験結果との比較について多くの課題が残っています。また、今回の解析は一不純物模型によるもので、格子系において量子転移や重い電子の性質がどのように変更されるかは理論的にも興味深い問題です。
周期表でSmと隣接するユーロピウム（Eu）を含む化合物についても、Sm系と同様に価数転移が容易に生じる系として、近年活発な研究が行なわれているので、最後に少しだけコメントしたいと思います。Euの場合、3価がf 6 配位の非磁性状態に、2価がf 7 配位の磁性状態に対応し、その間の価数ゆらぎにはSm系との類似性があります。一方、Euのf 7 配位においては、軌道角運動量が消失しスピンだけのいわば強い磁性状態になるため（図２）、通常の近藤状態を想定できず、今回紹介したSm系における局所一重項と近藤一重項の競合の物理が、そのままEu系にも適用できるとは言えません。しかし少なくとも、Euにおけるf 6 多体一重項からの価数ゆらぎは、
Smと同様、劇的な J 多重項構造の変化をもたらします（図２）。その途上で生じる複雑かつ興味深い物理は、まさにJ-Physicsとでも言うべきもので、Sm系との類似性を踏まえて解明を進めることには大きな意義があると思います。本稿がその一助となれば、筆者にとって望外の喜びです。

[1] C. M. Varma: Rev. Mod. Phys. 48, 219 (1976).
[2] J. A. White and J. H. van Vleck: Phys. Rev. Lett. 6, 412 (1961).
[3] H. Adachi and H. Ino: Nature 401, 148 (1999).
[4] S. Sanada et al: J. Phys. Soc. Jpn. 74, 246 (2005).
[5] M. Mizumaki et al: J. Phys. Soc. Jpn. 76, 053706 (2007).
[6] R. Higashinaka et al.: J. Phys. Soc. Jpn. 80, 093703 (2011).
[7] A. Sakai and S. Nakatsuji: Phys. Rev. B 86, 024106 (2012).
[8] A. Yamada et al.: J. Phys. Soc. Jpn. 82, 123710 (2013).
[9] R. Higashinaka et al.: AIP advances 8, 125017 (2018).
[10] R. Shiina: J. Phys. Soc. Jpn. 87, 014702 (2018).
[11] R. Shiina: AIP Advances 8, 101301(2018).
[12] Y. Nanba et al: J. Phys. Soc. Jpn. 82, 104712 (2013).
[13] G. H. Dieke and H. M. Crosswhite,: Appl. Opt. 2, 675 (1963).

研究解説

21

Ａ０１：内殻角度分解光電子線二色性による多極子活性局在4ｆ電子構造の温度依存性解明

内殻光電子線二色性＝内殻ホール−
f電子間相互作用の異方性から
軌道対称性とその温度変化を見る
関山

明

大阪大学大学院基礎工学研究科

前回（FY2016-2017）に引き続いて今回も公募研介します（憶えている方もいないと思いますが、今ま究に採択頂きましてありがとうございます。前回の時での研究会等で何度か示した式は少し間違えていまは、「角度分解内殻光電子線二色性，発見しました」

した、申し訳ありません）。ここで「結晶場中の座標というタイトルでニュースレター No. 2に寄稿させて原点に孤立した希土類イオンからの内殻光電子放いただきましたが、その時には角度分解内殻光電子出」を考えます。測定する軌道は主量子数n c, 軌道量

線二色性について言葉で説明しました。その後、そ子数l c のn cl c 内殻としますと、この内殻準位には磁気れまで観測に成功していたYb化合物[1,2]だけでな量子数mc, スピン量子数s cで指定された内殻電子がく他の希土類でも内殻光電子線二色性を観測すべく（内殻軌道のスピン軌道相互作用を無視した場合）（私というより研究室の学生・スタッフが）頑張りましほぼ縮退して複数あります。従来の内殻光電子スペた。鬼丸さんの作成した立方晶PrIr2Zn20 や関山研のクトルの議論では、個々の内殻電子からの遷移行列

先代にあたる菅研時代から永らく保管されていた立要素（遷移確率）の効果を平均化（この場合、励起方晶PrB6（國井暁先生が東北大学でご活躍の頃に作する光子はエネルギーを運ぶ粒子としてしか振舞い成）で同様にPr 3d内殻に対して行い、結晶場基底状ません）して、スペクトル関数はフェルミ準位から態が前者で四極子のみ活性なΓ3 対称性、後者で磁測ったエネルギーをω（結合エネルギーは‒ωとなり

気双極子および四極子の両方が活性なΓ5 対称性とます）としていうことの確認というか決定を何とか果たせましたρnc l c (ω ) =[3]。他にもSm3+ 化合物でも結晶場基底状態を反映

22

教授

2

| E f | a nc l c mc sc |E i | δ ( ω + E f − E i )f,m c ,s c

(1)

した内殻光電子線二色性が得られること[4]や正方晶と表されてきました。ここで |E i はエネルギー E i のCeCu2Ge2 において（他の実験から知られていました

始状態（十分低温ならば結晶場基底状態）、|E f はが）4f軌道がGeサイトを向いたタイプのΓ7 対称性

エネルギー E f の光電子終状態、a nc l c mc sc は当該量かつJ z = ±3/2と±5/2の成分がだいたい同じ割合子数をもつ内殻電子の消滅演算子です。実は、これ（少しだけJ z = ±3/2が多め）で混じった軌道であるだけでも内殻光電子スペクトル形状は複数ピークをことを明らかにしました[5]。

有する多重項構造になります。なぜなら、n c ,l c ,m c ,s c・・・と、ここまで実験を進めた段階で、「順序が逆で指定される内殻ホールと磁気・スピン量子数m,sなのではないか？」と言われると返す言葉もないのでを も つ4f電 子 と の ク ー ロ ン 及 び 交 換 積 分 はすが最近ようやく「言葉」ではなく数式で正確に「エ(m c ,s c ,m,s)の組合わせで異なるだけでなく、始状態

ネルギーだけでなく光電子放出角度と直線偏光方向から量子数n c ,l c ,m c ,s c の内殻電子を取り除いた状態の関数としての内殻光電子スペクトル関数」を理論

a nc l c mc sc |E i は終状態の固有状態にならず、それら家（広大先端田中新氏）の助けを借りて表すことの線形結合で表されるからです。ここまでは古くからができるようになりました[6]ので今回少しだけ紹知られ実験的にも観測され続けてきました。しかし、公募班紹介

ここで光電子の波動関数と光の偏光方向まで考慮し立方晶の場合、p軌道内殻(l c = 1)はpx, py, pzどの軌て個々の内殻電子の遷移行列要素を考えると、この道も等価なので線二色性は生じませんが、d軌道内多重項構造が変調を受けた形になります。簡単のた殻(l c = 2)であればmc が等価ではなくなるので線二め電気双極子遷移(l c±1)かつl c→l c + 1遷移がl c→l c

色性が生じ、不完全殻4f軌道の対称性が決定可能と‒ 1遷移よりも十分大きい（これは光電子の運動エネなります。正方晶であればp軌道内殻励起でも原理

ルギーが十分高ければそうなります[7]）とすると、的に線二色性は生じます。

内殻光電子スペクトル関数はエネルギーに加えて光原理の説明でかなりスペースを使ってしまいまし電子放出角度 (θ k , ϕ k ) および光の偏光方向e（単位

たが、今度の期間では課題名にあるように線二色性ベクトル）の関数として、の温度変化観測を通じて第一励起状態の対称性や

ρ nc l c ( ω , e , θ k ,ϕ k )双極子も含めた多極子秩序前後の電子構造変化を
2

∝

m
Ylcm
+1 (θk ,ϕ k )Alc mc(e) E f |anc l cmcsc |E iδ (ω+Ef −Ei )f,s c m ,m c

(2)Aml c mc(e)=*( θ , ϕ )( e· r̂ )Y mc (θ ,ϕ)sinθ d θ d ϕ
Y lm
lc
c+1

捉えられればと考え、この号の別欄で濱本君が紹介しているような実験も既に進めているところです。いわゆるARPESでは波数をパラメータにして遍歴側からのアプローチと言えるのに対し、同じ「角度分解光(3)

電子分光」でも内殻励起ですと実空間での局在側か(4)

らのアプローチという対照的な手法になるところがc(θ ,ϕ) は球面調と表すことができます。ここで Y lmc

面白いと改めて感じております。今後ともよろしくお

和関数です。式(1)と式(2)を比べると、各内殻電子の願いいたします。

r̂ =(sinθ cosϕ ,sinθ sinϕ ,cosθ )励起に対して偏光方向と光電子放出角度による変調がかかり、多重項構造の相対的な強度が変化しうる
ことが理解できます。単なる孤立イオンであれば球対称な電子系の座標軸は任意の方向に取れますが、結晶場中ですとそうは行きませんので原理的に線二色性や角度依存性が生じうることになります。もう少しだけ進めますと、有為な線二色性が得られるかど
うかは励起する内殻の軌道量子数l cで決まります。

[1] T. Mori et al., J. Phys. Soc. Jpn. 83, 123702 (2014).
[4] Y. Kanai et al., J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 220, 61 (2017).
[2] Y. Kanai et al., J. Phys. Soc. Jpn. 84, 073705 (2015).
[5] H. Aratani et al., Phys. Rev. B 98, 121113(R) (2018).
[3] S. Hamamoto et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 123703 (2017).
[6] A. Sekiyama et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 013706 (2019).
[7] S. M. Goldberg, C. S. Fadley, and S. Kono, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 21, 285 (1981).

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Ａ０１：価数転移由来の新規量子現象の理論研究

価数転移由来の新規量子現象の理論研究渡辺真仁

九州工業大学 大学院工学研究院 基礎科学研究系

24

准教授

前世紀末から今世紀にかけて複数の物質で発見さた[3]。興 味 深 いことに、量 子 臨 界 性を示 す 準 結 晶

れた非従来型の量子臨界現象は、強相関電子系におYb15Al34Au51 はv-aプロットにおいてYbの価数が急激に変ける重要な問題として注目を集めている。非従来型の化し始める点に位置しており、量子臨界性の発現にYbの量子臨界現象を統一的に説明する機構としてYbの臨価数が重要な役割を果たしていることを示している。

界価数ゆらぎの理論が提案され、本新学術領域におい準結晶と共通のTsai型クラスターが体心立方格子て「価数転移由来の新規量子現象の解明」がA01研究に配列した格子構造をもつ1/1近似結晶Yb14Al35Au51

項目として掲げられている。H28 〜 H29年度までの研の拡張周期アンダーソン模型に基づいてYbの価数転究により、準結晶Yb15Al34Au51 の零磁場・常圧において移の量子臨界点近傍でのYbの価数の格子定数依存

チューニングなしに非従来型の量子臨界性が発現し、性を計算した結果、格子定数の減少に伴いYbの価数

驚くべきことにそれが圧力に対してrobustであり、磁化が量子臨界点から急激に減少し、実験と整合する振る率が温度と磁場の比で一つのスケーリング関数で表さ舞いが得られた[4]。この量子臨界点近傍でのYbの価

れるT/Bスケーリングが出現するメカニズムが、Ybの数の非対称な変化は、基底状態相図における価数量

価数ゆらぎの理論に基づいて統一的に説明されること

子臨界点の混成依存性に由来することがわかった[4]。

が 示 さ れ た[1]。これらの 振る 舞 い は 周 期 結 晶β

近似結晶の単位胞のサイズを無限大にした極限が準-YbAlB4でも報告されており、臨界価数ゆらぎを起源と結晶に対応し、Tsai型クラスターのYbの周りの局所構

して新しい普遍性クラスが周期系・準周期系に形成さ造は準結晶と近似結晶で共通であることから、この結れている可能性が指摘されている[1]。実際、
β-YbAlB4

果は準結晶Yb15Al34Au51 がYbの価数転移の量子臨界の姉妹物質α-Yb Al1-xFexB4 (x=0.014)で価数量子臨界点に位置していることを示していると考えられる。

性およびシャープなYb価数の変化が観測され、価数

また、近似結晶でも圧力をP =1.96 GPa≡Pc 印加

量子臨界性の実験的証拠が観測された[2]。本研究課

すると、準結晶と共通の量子臨界性が出現するの題では、さらに理論研究を推進し、価数転移および臨で、[4]の理論が正しいとすると、圧力下の近似結晶

界価数ゆらぎに由来する新しい量子現象を明らかにすでもP =Pc 近傍で上記準結晶と同様のYb価数の格ることが研究の目的である。H28 〜 H29年度の成果は子定数依存性が観測されることが期待される。実際、ニュースレターに報告した[1]ので、興味を持たれた方

最近のSPring-8での低温精密価数測定により、それはそちらをご覧いただくとして、本稿では、その間にもが観測された[3]。これらは準結晶と圧力下の近似結発展を続けている理論研究ならびに本新学術領域の関晶でYbの価数転移の量子臨界点が実現していること連する実験研究を紹介し、今後の研究の展望を述べる。

を直接示す実験的証拠として非常に重要である。

最近準結晶Yb15Al34Au51のAlとAuを同族元素のGaと最近準結晶Yb15Al34Au51 のグリュナイゼンパラメー

Cuで系統的に置換したYb15 (Al1-xGax)34 (Au1-yCuy)51が作成

タΓ(T )が観測され、驚くべきことに降温につれてされ、Ybの価数vの格子定数a[注１]依存性が観測され|Γ(T )|は減少し、最低温T =70 mKで有限値をとるこ

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とが発見された[5]。一方、常圧でフェルミ液体的振ないこと、また、2次元及び3次元の強磁性および反る舞いを示す近似結晶Yb14Al35Au51 のグリュナイゼン

強磁性の量子臨界点における、量子臨界領域からパラメータも観測され、最低温T =70 mKでの|Γ(T )|キュリーワイス温度領域までのα(T ), Γ(T )の温度依

は準結晶の値よりも大きいことが観測された[5]。こ存性がはじめて明らかとなった[7,8]。

れまで、「いかなる量子臨界点でもグリュナイゼンパ

この枠組みをもとに価数量子臨界点での臨界体積効果

ラメータが発散する」ことが繰り込み群の理論によりの理論を構築してYb準結晶へ適用すれば、特異な臨界提唱されており[6]、この実験事実をいかに理解する

体積効果の機構解明につながることが期待される[9]。

かは重要かつ概念的に本質的な問題である。

また、準結晶Yb15Al34Au51 のμSR測定[10]、中性子

この問題を解明するには、まず磁気量子臨界点近散乱による動的構造因子の観測[11]も行われており、傍での磁気体積効果の理論的枠組みを構築した後

β-YbAlB4 におけるメスバウアー分光測定によるゆっく

で、価数量子臨界点での理論的枠組みをつくる必要

りとした価数ゆらぎの時間スケール[12]が、準結晶のがある。しかしながら、スピンゆらぎのSCR理論の枠場合にどうなっているかも含めて今後の進展に期待し組みにおいて磁気量子臨界点での熱膨張係数α(T )たい。また、YbNi3Ga9 [13]において価数転移の量子臨

およびグリュナイゼンパラメータΓ(T )はこれまで未界点を同定し、各物理量の温度依存性を測定する実解明であった。最近、筆者はその理論的枠組みを構験も進行中であり[14]、今後の発展が楽しみである。

築し、比熱C(T ), α(T ), Γ(T )の完全な表式を導出す

また、価数量子臨界点での臨界体積効果の理論をることに成功した[7,8]。比熱はC =C a-C bと表され、β-YbAlB4 やα-YbAl1-xFexB4 (x=0.014)に適用し、実験

低温ではC a(T )が支配的になり、過去に報告されてとの比較を行うことができれば興味深い。これらの理

いるSCR理論および繰り込み群の理論の臨界性を再論研究と実験研究を推進することにより、本領域か現することを確認した。一方、熱膨張係数とグリュナ

ら、価数に由来する新しい量子臨界現象の動かぬ証

イゼンパラメータはC a , C bと関係するα=αa+αb、拠と新しい性質が確立することが期待される。

Γ=Γa+Γb の和の形でそれぞれ表され、低温でαb、このほか、上述した臨界体積効果のほかにも新しいΓb 項が支配的になることがわかった。さらにαb、Γb

量子現象を理論的に提案したいと考えており、研究を進

項に過去の繰り込み群の理論[6]では未報告の温度めている[15]。今後領域の方々と議論させていただき、に依存する係数が存在していることを明らかにした。

共同研究など新たな発展につながればと考えている。

これにより、2次元反強磁性の量子臨界点では[6]で報告されているT →0での熱膨張係数の発散は生じ[注1] 6次元空間における格子定数a≡a6D[1] 渡辺真仁, J-Physicsニュースレター No. 5, 10 (2018) (https://www.jphysics.jp/newsletter/2018/03/22/J-Physics̲NL̲web̲v05.pdf).
[2] K. Kuga et al., Science Adv. 4, 3547 (2018).
[3] 井村敬一郎 他, 日本物理学会 (2018) 秋季大会 9aB202-4; K. Imura et al., submitted.
[4] S. Watanabe and K. Miyake, J. Phys.: Condens. Matter 30,184001 (2018).
[5] P. Gegenwart, Phil. Mag. 97, 3415 (2017); A. Wörl, S. Matsukawa, N. K. Sato, and P. Gegenwart, in preparation.
[6] L. Zhu, M. Garst, A. Rosch, and Q. Si, Phys. Rev. Lett. 91, 066404 (2003).
[7] S. Watanabe and K. Miyake, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 034712 (2018).
[8] S. Watanabe and K. Miyake, Phys. Rev. B 99, 035108 (2019).
[9] S. Watanabe and K. Miyake, submitted.
[10] 石田憲二 他, 日本物理学会 (2018) 秋季大会 9aB202-2.
[11] 佐藤卓 他, 日本物理学会 (2018) 秋季大会 9aB202-3.
[12] 小林寿夫, J-Physics H29年度領域全体会議 A01-3.
[13] 松林和幸、上床美也, 日本物理学会誌 73, 5月号 292, (2018).
[14] 梅尾和則, J-Physicsニュースレター No. 6, 38 (2018) (https://www.jphysics.jp/newsletter/2018/11/26/J-Physics̲NL̲web̲v06.pdf).
[15] S. Watanabe and K. Miyake, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 033701 (2019).

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Ａ０１：フラストレーション系の量子スピンネマティック相と新奇伝導の理論的・計算科学的研究

フラストレーション系の量子スピン
ネマティック相と新奇伝導の理論的・計算科学的研究坂井徹

兵庫県立大学 物質理学研究科

教授 ／ 量子科学技術研究開発機構SPring-8

グループリーダー

１．はじめに量子スピン系や強相関電子系の分野では、いくら温度を下げてもスピンの長距離秩序が生じず、絶対のように秩序を持つことにより特徴づけられる。これ

零度でも量子ゆらぎで秩序が溶けてしまったというはスピン系の四極子秩序に対応しており、多極子系

意味で、量子スピン液体と呼ばれる現象が注目されの物理を対象とする本新学術領域において、重要なている。とくにこれが、1986年に発見された銅酸化研究対象となる。

物の高温超伝導の起源ではないかと提唱されて以スピンネマティック相は、最初は、強磁性相互作

来、フラストレーション系を中心に、量子スピン液体用を含む低次元フラストレーション系の飽和磁化付探索が精力的に続けられている。近年、従来の強磁近に現れるマグノン対の凝縮相として理論的に提案性あるいは反強磁性長距離秩序（図１）のように、され[1]、密度行列繰り込み群（DMRG)による詳細なスピンの向きまでは決まらないが、方向だけが秩序

数値解析により、定量的にも立証された[2]。一方、化した「スピンネマティック相」（図２）が提唱され、この候補物質と考えられているLiCuVO4 における強秩序相と量子スピン液体相の中間の現象としてホッ

磁場磁化測定において、理論的に予想されている飽トな話題となっている。

和磁化近傍で、新奇相が発見されているが、これが本当にスピンネマティック相であるかどうか、決定的な証拠を得るには至っていない[3]。理論的に予想されるスピンネマティック相が実現する磁場が非常に(a)強磁性長距離秩序(b) 反強磁性長距離秩序

図1．従来の(a)強磁性、(b)反強磁性長距離秩序大きいため、中性子散乱等の大掛かりな測定が難しいことが問題となっている。そこで本研究では、低磁場領域で実現するスピンネマティック相を理論的に提案し、検証実験を提案することを目標としている。

２．低次元量子スピン系のスピンネマティック相
図２．スピンネマティック秩序本研究代表者の以前の理論的・数値的研究にお従来の長距離秩序相では、２体のスピン相関関数がいて[4]、従来の容易軸異方性を持つ反強磁性体で実現する磁化ジャンプを伴うスピンフロップ転移が、量子ゆらぎの強い一次元系においては、中間相を伴26のように、無限遠方で秩序を持つのに対し、スピン

う２回の二次相転移に変わり、磁化曲線が連続につネマティック相では、２体のスピン相関関数はゼロながることを見出した(図３)。具体的なモデルとしてになるが、以下のような４体のスピン相関関数がは、S=1反強磁性鎖に結晶場による異方性Dを導入

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した系で、以下のハミルトニアンで記述される。

３．最近の成果
本研究では、この低磁場領域に現れるスピンネマ
ティック相を実現する系を理論的に予測し、検証実験を提案するとともに、期待される新現象や新物性の可能性を明らかにすることを目標とする。最新の成果として、S=1スピンラダー系に対する数値対角化とサイズスケーリングにより明らかとなった、スピンネマティック相を含む磁化mと異方性Dの相図を

(a)

(b)

図３．(a)従来のスピンフロップと、(b)量子一次元系のスピンフ
ロップ：二次転移が二回起こり、中間相としてスピンネマティッ
ク相が出現する。

図４に示す。異方性が-3.0 < D < -0.05の場合の磁化過程では、最初の臨界磁場からスピンネマティッ
ク朝永ラッティンジャー液体が現れ、次の臨界磁場で従来の朝永ラッティンジャー液体へと転移すること

こ の 系 は、異 方 性 が 無 い 場 合 に は、Haldaneがわかる。

ギャップを持つが、十分大きい負のDがある場合には、容易軸異方性のためにネール秩序を持つ。このネール秩序に平行な磁場をかけると、スピンフロップ転移が起きると予想されていたが、本研究代表者
による数値対角化と有限サイズスケーリングの解析により、磁化ジャンプの代わりに、２回の二次相転移が起き、その中間相として、２マグノンの束縛状態となる新しい朝永ラッティンジャー液体相が出現することが判明した。そして、この中間相が、いま注目されているスピンネマティック相と等価であることもわ
かってきた。もしこのスピンネマティック相が現実の物質で実現すれば、低磁場領域で観測可能なため、さまざまな測定による検証実験が期待できる。

図４．S=1スピンラダー系（足方向と桁方向の交換相互作用を等しくJ 1 =J r =1とした場合）の容易軸異方性Dと磁化mの相図。
低磁場側でスピンネマティック相に相当する朝永ラッティン
ジャー液体相、高磁場側で従来の朝永ラッティンジャー液体相が実現する。

[1] N. Shannon, T. Momoi and P. Sindzingre, Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 027213[2] T. Hikihara, K. Lars, T. Momoi and A. Furusaki, Phys. Rev. B 78 (2008) 144404[3] N. Buttgen, et al., Phys. Rev. B 90 (2014) 134401[4] T. Sakai: Phys. Rev. B 58 (1998) 6268

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Ａ０１：構造不安定性の制御による非クラマース系多極子物質の開発とその圧力効果の研究

構造不安定性の制御による非クラマース系
多極子物質の開発とその圧力効果の研究
脇舎

和平

横浜国立大学 大学院工学研究院

梅原出

横浜国立大学 大学院工学研究院
教授

郷地

助教

順

東京大学 物性研究所
助教

上床

美也

東京大学 物性研究所
教授

自己紹介

を示し、転移温度以下で多極子自由度が消失する同今年度より、J-Physicsの領域研究に参加させてい型 のPrRu2Zn20 に 着 目しました。1-2-20系 は 図1のただきます、横浜国立大学の脇舎和平と申します。こCeCr2Al20 型 構 造をもち、３ つ のZnサイト(16c, 48f,の度は、公募研究に採択いただき誠にありがとうご96g)があります。私は以前、PrRu2Zn20 の構造相転移

ざいます。最初に簡単な自己紹介をさせていただきの起源を調べていたのですが、16cサイトのZn原子たいと思います。私は、広島県竹原市出身で、学部(Zn(16c))を囲むカゴの空間が広すぎることに起因すから学位取得までを広島大学で過ごしました。学部

ることがわかりました [2]。また、これと少し関連して４年から高畠敏郎先生と鬼丸孝博先生のもとで試料

富 山 大 のグ ル ープ が、RT2Zn20 (R: 希 土 類, T = Co,

合成を中心に学び、２０１６年３月に学位を取得しま

Fe)では、Zn(16c)を選択的にSnで置換可能であるこした。その後、横浜国立大学の梅原出先生の研究室とを報告しました[3]。これらを考慮して、PrRu2Zn20に助教として着任し、現在に至ります。梅原研では圧にZnより原子半径が大きいSnを置換すると、大きな力下熱物性測定を中心とした研究を行っており、私空間がある16cサイトへ選択的にSnが置換され、カは試料合成環境の整備と新物質探索を行いながら、ゴの空間が相対的に狭くなることで構造相転移が抑

圧力下物性測定の手法を学ばせてもらっています。

制されるのではないかと考えました。実際に試料合

今回の公募研究は追加採択だったこともあり、少し成を行い、B01班の松田先生(首都大)の協力を得て短い期間となりますが、残りの１年半どうぞよろしく

単結晶構造解析を行ったところ、期待通り16cサイト

お願いいたします。

にSnがオーダーした四元化合物PrRu2Sn2Zn18 が得られていることが確認できました。さらに、構造相転移研究紹介が抑制され、Γ3 基底状態が低温まで維持されること

Pr1-2-20系と呼ばれているPrT2X20（T : 遷移金属,も明らかになりました[4]。

X = Al, Zn, Cd）では、四極子と八極子の自由度のみをもつ非クラマースΓ3 二重項が結晶場基底状態と28

本研究課題では、以上を踏まえて以下の２点に重点を置き研究を進めます。

なっており、特に四極子が関与する興味深い現象が(1) PrRu2Sn2Zn18 の圧力下物性測定

多数見出されています[1]。一方で、Γ3 基底状態をも(2) PrRu2Sn2Zn18 以外の同型化合物の探索

つ化合物はPr1-2-20系を除くと数種類に限られるこ(1)では、我々が新たに発見したΓ3 二重項基底状態とから、新たな物質群の探索が強く求められていまをもつ新物質PrRu2Sn2Zn18 について、試料の純良化した。そこで、我々の研究グループでは構造相転移を行 い、常 圧と圧 力 下で の 物 性 測 定を行 います。

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Pr-1-2-20系では、X = Cd、Zn、Al系の3種類が知らまた(2)について、Sn以外でもZnより大きな原子半

れていますが、多極子自由度を担うPrの4f 電子はX径をもつ元素であれば、同様の手法により新たな四元化合物が得られると期待されます。この候補として
Znサイトに置換可能であることが報告されているInが挙げられます[5]。実際にIn置換系についてR = La
系の試料合成を行ったところ、残留抵抗比RRR~20程度の試料が得られており、現在単結晶構造解析を進めているところです。この他、遷移金属サイトにも自由度があり、例えばPrOs2Zn20 は、PrRu2Zn20とほぼ同様の構造相転移を示すため[2]、PrOs2Zn20 のSn、

図１ (a) RT2Zn20 の結晶構造。(b) 16cサイトのZnを囲む希土類
Rと96gサイトのZnから成るカゴ。

In置換系も４元化合物の有力な候補となります。このように、有望な元素の組み合わせを幾つか試し、= Cd系で最も局在しており、Zn系、Al系の順に伝導

四元化合物となることが確認できた試料について電子との混成効果が強くなります。この混成強度を

PrRu2 Sn2Zn18と同様に圧力下での物性測定を進めて知る上で同型Ce化合物での混成強度がある程度のいく予定です。

指標になります。CeRu2Sn2Zn18 を合成し、CeRu2Zn20

これまでの研究は、東京大学物性研究所の上床先の物性と比較すると、Sn置換により重い電子状態か

生・郷地先生、首都大学東京の松田先生・青木先ら価数揺動状態へ移り変わることがわかりました。こ生、琉球大学の與儀先生、電気通信大学の松林先生のことは、4f 電子と伝導電子の混成効果がSn置換と共同で進めてきました。今後も上記の先生方のおにより増強されたことを示唆します。つまり、Sn置換

力をお借りしながら研究を進めていく予定です。ま系はZn系とAl系の中間となる混成強度をもち、両者

た、領域の皆様との共同研究を積極的に行っていきの間をつなぐ化合物となり得ると思われます。そこたいと考えておりますので、もし得られた試料についで、Sn置換系の低温物性を詳細に調べ、Zn系やAlてご興味をお持ちいただけましたら、お声をかけて系で報告された温度-圧力相図、非フェルミ液体的振いただけると幸いです。

る舞いや超伝導などが、中間程度の混成強度をもつことでどのように変化するかを明らかにしていきたいと考えています。

[1] T. Onimaru and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 082002(2016).
[2] K. Wakiya et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 034707 (2017).

[3] Y. Isikawa et al., J. Phys. Soc. Jpn. 84, 074707 (2015).
[4] K. Wakiya et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 094706 (2018).
[5] Y. Okamoto et al., J. Phys. Soc. Jpn. 79, 093712 (2010).

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Ｂ０１：URu2Si2の強磁場磁気秩序と磁気相関-磁気相図の確定と対称性破れの検証

強磁場中性子回折とX線回折の進展とURu2Si2の強磁場相における整合̶非整合転移
野尻浩之

東北大学金属材料研究所

木原工

東北大学金属材料研究所
助教

青木

教授

大

桑原

東北大学金属材料研究所
教授

慶太郎

茨城大学理工学研究科
教授

はじめに

めには, 中性子回折実験が必要であり, パルス強磁

様々な磁性イオンの中で, ウランは遍歴性と局在場装置が使えるようになって, 初めてそれが可能に性が共存し, さらには多極子の秩序と揺らぎもあいなった[1].

まって多様な電子相･磁気相が現れる物質系である.
中でもURu2Si2 は１つの物質の中で, 超伝導, メタマ
グ転移, 隠れた秩序などが, 磁場, 温度, 圧力で入れ替わるカメレオンのような物質であり, 長年興味がもたれてきた. 我々は, この物質の強磁場相に焦点をあてて, 中性子回折やX線回折の実験を進めている. こ
こでは, こうした強磁場実験の紹介とURu2Si2 の強磁場相で見られる整合̶非整合転移という２つの観点から, 我々の研究を簡単に紹介する.
中性子回折
中性子回折を強磁場中で行うためには, パルス強磁場を用いる. 現在ウランの実験は国内のJ-PARCでは受け入れていないため, イギリスのラザフォード研究所とフランスのラウエランジュバン研究所で実験

30

図1 ラザフォード研究所の中性子分光器Merlinにおける強磁場実験のセットアップ. 手前がクライオスタット, 奥の銀色の箱がコンデンサ電源.

を行っている. 前者は, 白色中性子を生成するパルス

X線回折

中性子源で, 後者は単色中性子を用いる原子炉中性

近年のX線実験の進歩はめざましいが, 我々が最子源であり, それぞれ広い波数空間の探索, 特定の近着目しているのはX線自由電子レーザー (XFEL)で波数における低バックグランドの測定に特徴がある.

ある. XFELは数十フェムト秒のパルスX線であり, 瞬

磁場の生成には海外で使うために自主開発した持ち時強度は放射光に比べて数桁高い. この特徴を利用

運び型のコンパクト電源を用いる. 体積1 m3, 重量

すると, パルス強磁場の最大の弱点であった 短時間

600 kgの電源で40テスラの磁場発生が可能である.

しか強磁場を発生出来ないということはもはや弱点

URu2Si2 は低磁場では, VanVleck的にみえる小さなでなくなる. 磁化やESRなどの測定と同様にX線回折磁化が出るだけであるが, 35テスラ以上で多段のメにおいてもシングルショットの測定が可能になる. こ

タマグ転移を示す. 強磁場相の磁気構造を決めるた

れは大きなパラダイムシフトと言って良い. この瞬時

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強度を生かせば, 電荷密度波による微弱な超格子反境に高濃度側では, 磁気波数(2/3 0 0)の面内整合変射, 相転移における過渡的な構造変化などが容易に調構造が, それより低濃度側では, 磁気波数(~0.6 0

測定出来る[2]. さらには, 発光分光のような分光測定0)の非整合構造(スピン密度波的な変調構造)が見出も可能であり, 電子状態やスピン状態と構造の両面されることが判ってきた[3, 4]. また, 非整合構造の波を調べる事が出来る. URu2Si2 への応用では, 最近の数はRhドープ量に応じて, 変化することも見出され技術的な進歩により, 発生磁場を40テスラまで向上ている. これらの結果を踏まえると, 強磁場相ではRhすることに成功し, 強磁場相の対称性を調べる事がドープにより, 非整合-整合の磁気転移が起こってい可能になった. ウランが扱えるSwissFELでの実験がることになる. 興味深い点として, この転移とほぼ呼今後実施される予定である.

応する形で, 低磁場の隠れた秩序相が消滅することである. 憶測を逞しくすれば, 非整合磁気秩序と隠れた秩序は, 競合する状態ではあるが, 両者は, 同一の電子状態に根ざしたものであるという見方も成り立
つ. この考え方が妥当かどうかを検証するには, これらの相転移における構造変化を調べる事が必要であり, XFEL実験は, この点で鍵になると言える.
なお, 金研は, 今年度から国際共同利用共同研
究拠点に認定された. このプログラムを利用すると,我々が海外で展開している実験装置を, 共同利用制
度を通して使う事が可能となる. その他, 我々のグループでは, NMR, 熱測定など, 金研の定常強磁場を利用した多様な研究を展開しているので, 興味を持

図2 SACLAのXFELにおける強磁場実験のセットアップ. 試料とコイルを独立した冷凍機で冷却し, スプリット磁石では40テスラまでの, ソレノイドコイルを利用者後方散乱では50テスラまでの回折実験が可能である.

たれた方は, ぜひご相談頂きたい.
謝 辞 : 本 研 究 は , W. Knafo, F. Duc, F. Bourdarot,
P. Karel氏 他多数の方々との共同研究である.

URu2Si2 の強磁場相
これまで, Rhドープ系の強磁場相について, 系統
的な中性子回折実験が行われ, Rh濃度が3 %付近を
[1] R. Toft-Petersen et al., Phys. Rev. B 95(2017) 064421.
[2] S. Gerber et al., Science 350, 949 (2015)[3] K. Kuwahara, K. et al. Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 216406.

[4] W. Knafo et al. NATURE COMMUNICATIONS (2016) 13075

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Ｂ０１：遍歴多極子と多極子超伝導体の発展

遍歴多極子と多極子超伝導体の発展
池田浩章

立命館大学 理工学部

32

教授

この度は公募研究に採択していただき、どうもありが、その結果について考察する際における理論サイがとうございます。残り２年間、よろしくお願いいた

ドからの情報がまだまだだと痛感します(私だけ？)。

します。これまで主に第一原理計算や群論を用いて実際、ウラン系はもとより、セリウム系超伝導でさえ、超伝導の理論研究を行なってきました。昨年度まで

最近までd波だと信じて疑わなかったCeCu2Si2 がフの研究で、東大物工(助教)に異動された野本拓也さルギャップs波であったという話[7]まで出ています。

ん、および、同じく公募班の班員であった首都大学

ご存知のように、重い電子系超伝導体は電子相関が東京(准教授)の服部一匡さんとの共同研究で、多軌

強く、バンドも複雑であるため、その解析が難しい

道系超伝導体における多様なクーパー対を群論的にわけですが、さすがにそろそろ解決すべきだと感じ

整理し、これまでの研究で見逃されてきた多極子ペています。

アの可能性[1-4]について研究できました。その際、最近では、理論的な道具立てもそろってきており、

本領域プロジェクトから多大なサポートを受けまし

d電子系を中心に今や世界標準となりつつあるワニた。この場をお借りして感謝いたします。

エ関数を用いたモデル計算で超伝導の議論が進ん

このような分類学は、京大理の柳瀬さんを中心にでいます。私自身も、URu2Si2 の研究[8]に代表される

さらに系統的な研究[5,6]がなされ、多軌道超伝導体

ように、同様の研究手法で、これまで第一原理計算の分類学という観点からはずいぶんと発展したと感に基づいた遍歴多極子についての解析を行なってきじます。では、本公募研究において、何を中心に据えました。重い電子系ですので、当然、電子相関が非て研究しようとしているかについてですが、方向性と常に強いわけですが、フェルミ液体描像が成り立つ

してはタイトル通りその発展で、一つにはこれまでにのであれば、LDAやGGAによるバンド計算でも低エ

提案した多極子超伝導体の超伝導状態における素ネルギー励起の構造は正しく再現できると期待して励起についての系統的な研究です。多極子伝導系で計算を進めるわけです。この際重要なのは、当然な見られる多彩な超伝導体の素励起の構造を調べ、新がらフェルミ面の構造がきちんと実験を再現できて奇な非BCS超伝導体の可能性を探るという切り口がいることですが、実験的にフェルミ面の全貌が明ら考えられます。

かになっているケースは稀ですので、結局、どこまでしかし、より重きを置きたいのは、やはり既存の重うまく表現できており、どこからうまくいかないかにい電子系超伝導体を解決に導くということです。実

ついては、その他の情報との比較が必要になります。

験的には、装置開発が進み、解析手法が洗練された

そうすると、f電子特有の局在的な側面の情報が多い

ことで、豊富な情報が手に入るようになってきましたので、結局、具体的な物質を対象として電子相関を[1] T. Nomoto, K. Hattori, H. Ikeda, Phys. Rev. B 94, 224503 (2016).
[2] T. Nomoto, H. Ikeda, Phys. Rev. Lett. 117, 217002 (2016).
[3] T. Nomoto, H. Ikeda, J. Phys. Soc. Jpn. 86, 023703 (2017).

[4] K. Hattori, T. Nomoto, T. Hotta, H. Ikeda, J. Phys. Soc. Jpn. 86,
113702 (2017).

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真面目に扱い、その結果を通して判断するしかない

開発（実験で言う所の装置開発）が必要だと考えてという結論に至ります。

います。

そ の 意 味 で は、海 外 を 中 心 に 発 展 し て き た

また最近、新奇性とは対極的ですが、高い転移温

LDA+DMFT法は一つの具体的な計算手法であり、度を持つ超伝導体の物質探索に興味を持つ学生も十分に検討の価値があります。LDA +DMFT法が万多く、我々のグループでも遺伝的アルゴリズムを利能とも思いませんが、まずは海外勢に追いつかない用したUSPEXによる結晶探索を行なっています。ちことには同じ土俵で議論できないですし、国内からなみに添付の図１は今年卒業の修士２年の学生(岩ももっと発信すべきであるとの考えから、最近は、東井君)がYbHx で高温超伝導を探索したときのデータ

北大金研(准教授)の鈴木通人さんや埼玉大理工(助です。何かお探しの際にはひと声かけていただけれ教)の星野晋太郎さんのお力添えを頂きながら、第ば幸いです。では、２年間という短い間ですが、皆一原理計算の計算手法の改良、特に、LDA+DMFT

様と活発に議論できることを楽しみにしています。ど法の独自コードの開発に力を入れています。実際にうぞよろしくお願いいたします。

計算を進めてみて感じたのは、一口にLDA+DMFT
法と言っても、実際の計算アルゴリズムには曖昧な部分があり、海外の各研究チームによっても取り扱い方が異なっており、得手不得手があることがはっ
きりしてきました。特に、DMFTの自己エネルギーの取り込みにより波動関数が変化するわけですが、その際、電荷分布の変化を自己無撞着に取り込むことが非常に重要であることが理解できたので、現在は、この辺りをきちんと詰めながら第一原理計算手法の発展に貢献していこうと考えています。現在、超伝導・多極子とも分類学はずいぶん整理されたよう

図１. 200GPa における YbHx の物質探索。

に思えますので、今後は具体的な物質における電子状態の情報が必要になると考えられます。そのときに、すぐにお答えできるような第一原理計算手法の[5] S. Kobayashi, S. Sumita, Y. Yanase, M. Sato, Phys. Rev. B 97, 180504(R) (2018).
[6] S. Sumita, Y. Yanase, Phys. Rev. B 97, 134512 (2018).
[7] 竹中崇了，芝内孝禎，常盤欣文，松田祐司，日本物理学会誌 73, 575 (2018).
[8] H. Ikeda, M.-T. Suzuki, R. Arita,T.Takimoto, T. Shibuchi, Y. Matsuda, Nat. Phys. 8, 528 (2012).

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Ｃ０１：動的平均場法に基づく多極子秩序の微視的理論

動的平均場法に基づく多極子秩序の微視的理論
大槻純也

岡山大学異分野基礎科学研究所

品岡寛

埼玉大学大学院理工学研究科
助教

准教授

自由度を持つf電子だけでなく、伝導電子も含めて扱う必要があります。この広い模型から伝導電子の自由度を消去してf 電子のみを残すとRKKY相互作用が導かれます。一方、A01班からC01班に移って再び公募研究に採択してい伝導電子の自由度が加わることで、f 電子だけでは起こら

ただき、引き続きJ-Physicsに関わることができて嬉しくない秩序状態も可能となります。これがC01班のテーマで思います。また、私事ではありますが、2018年11月から

ある「拡張多極子」ですが、さらに多体効果、すなわち近岡山大学に異動しました。新しい班、新しい環境で成果

藤効果を考慮することで、面白い基底状態も出現します。

をあげる意気込みでおります。

充填スクッテルダイト化合物PrFe4P12 のスカラー秩序

さて、本公募研究では、この新学術領域の主題であ状態は、従来の局在描像では説明のつかない状態で、る多極子秩序に関して、「王道」とは異なる理論的アプ

近藤効果を考慮して初めて可能となります [1]。そして注

ローチで取り組みたいと思っております。王道とは、言目すべき点は、この物質が、隠れた秩序として長年謎で

うまでもなく、CeB6 の一連の研究で確立したような点群あり続けているURu2Si2と非常によく似た性質を持っていの既約表現に基づく理論のことです。例えば、ある四極る点です [2]。このことからURu2Si2の解明には従来の多子秩序が起こっていると仮定すると、磁場をかけた時に極子理論の枠を超えた理論が必要であると期待され、どちらの方向に磁化が誘起されるか、というようなこと

特に、近藤効果が重要な役割を果たす「非従来型」多が分かります。これを逆に使えば、実験で観測された誘極子秩序の可能性も密かに期待されるところです。その起磁化の方向から秩序変数を絞り込むことができ、複理論的検証も微視的アプローチの目指すところです。

数の実験から候補を一つに決定できます。

最後に、成果物の共有について触れてこの稿を締め

多極子秩序変数の同定法に関しては、上記のような現象たいと思います。現在ではバンド計算プログラムが数

論が威力を発揮し、その手順は20年程におよぶ研究の積多く公開され、少し勉強すれば誰でも計算できるよう

み重ねによってほぼ確立していると言えます。一方、なぜそになっています。それと同様、多体効果を考慮した電のような秩序が起こるのかという疑問については、まだ十子状態計算(LDA+DMFT法)も、近い将来、誰でも行え分な答えが出せていません。伝導電子を介したRKKY相互るようになると思います。そのとき中心となるのは、い作用が起源である、という基本的な理解はありますが、具ま地道に基盤を作っている人たちです。既に公開してい体的に、ある物質である秩序が起こることを、物質固有のるプログラムDCore [3]を足掛かりに、プロジェクトの本

性質、例えば、エネルギー分散やf電子の結晶場準位などと流とは別に、将来の布石を敷いておくことも重要な仕事

結び付けて理解するまでには至っていません。これが可能であると考えています。

となった時、多極子秩序の理解が一歩進み、多極子秩序物質の設計などの新しい可能性が拓けてくると思います。
微視的理論によって多極子秩序を導出するには、多極子

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[1] S. Hoshino, J. Otsuki, Y. Kuramoto, J. Phys. Soc. Jpn. 80, 033703 (2011).
[2] Y. Kuramoto, H. Kusunose, A. Kiss, J. Phys. Soc. Jpn. 78, 072001 (2009).
[3] https://github.com/issp-center-dev/DCore

Ｃ０１：奇パリティ多極子秩序系におけるドメイン観察手法の開発と新奇量子伝導の開拓

梯子型鉄系化合物BaFe2Se3 における
奇パリティ多極子秩序
大串研也

東北大学大学院理学研究科

今泉聖司

東北大学大学院理学研究科
修士課程2年

青山

教授

拓也

松原

東北大学大学院理学研究科
助教

正和

東北大学大学院理学研究科准教授

私たちは、奇パリティ多極子秩序に興味をもって研究を展開しました。BaFe2Se3 も高圧下で超伝導を研究を進めています。奇パリティ多極子秩序の典型示すことがわかっていますが[4]、常圧では250 K以

例としては、電気双極子の強的秩序に対応する強誘下で図1に示すようなブロック型の反強磁性秩序を電秩序が挙げられます。その研究の蓄積は膨大であ示します。なぜバイパータイトの梯子格子で、複雑り、強誘電秩序を安定化させる微視的機構はよく理なブロック型反強磁性秩序が生じるのかということ解されています。では、思考実験として絶縁体であるに興味がもたれる所です。これは、多軌道ハバード

強誘電体へキャリアを注入した場合を考えてみましょ

模型の範疇で理解できることが理論的に解明されてう。伝導電子が電気双極子を遮蔽することで、強誘います[5]。むしろ私たちが不思議に感じたのは、ブ

電秩序が失われることが想像されます。しかしながロック型反強磁性秩序が当時知られていた結晶構造

ら実際には金属においても強誘電秩序が生じることの空間群Pnmaにおける単一の規約表現で記述できが、最近の研究により分かっています[1]。私たちのないことでした。これは、反強磁性相転移が2次的で研究目的は、比較的伝導性の大きな物質において強あることと整合しません。そこで疑ったのは、実は結誘電秩序を探索すること、そしてその発現機構を微晶構造はより低い対称性をもっているのではないか

視的に解明することです。

ということです。先行研究によるとDSC信号の400 K

私 たち の 着 目した 物 質 は、梯 子 型 鉄 系 化 合 物
BaFe2Se3 です。そもそもの研究の動機付けは、新超付近にアノマリーがあり[6]、これが構造相転移に対応すると考えました。

伝導相の探索にありました。今日まで多数の鉄系超伝導体が発見されてきましたが、その全ての物質はFeの正方格子を含むという共通点がありました。そうした状況に風穴をあけるべく、Feが梯子格子を組む硫化BaFe2S3 の物性解明を進めてきました。試行
錯誤を重ねた結果、圧力下で超伝導相を発見するに至りまし た[2, 3]。そ の 後、セレ ン 化 物BaFe2Se3 に

図 1. BaFe2Se3 の結晶構造と磁気構造。

[1] Y. Shi et al., Nat. Mater.12, 1024 (2013).
[2] H. Takahashi et al., Nat. Mater. 14, 1008 (2015).
[3] 山内徹, 高橋博樹, 南部雄亮, 佐藤卓, 平田靖透, 大串研也, 固体物理, 54, 27 (2019).
[4] J. Ying, et al., Phys. Rev. B 95 241109(R) (2017).

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通常なら構造解析をやり直せばよいということになりますが、Ｘ線回折実験の範疇では空間群Pnmaから

図 2. BaFe2Se3 における第二高調波発生強度の 温度依存性。

逸脱している証拠は得られませんでした。そこで、
400 Kにおける相転移において、電子系の不安定性

大きな物質において強誘電秩序が生じているわけでにより僅かな構造歪が誘起されていると考えました。

興味深い現象といえます。なぜこうした強誘電秩序

また、理論的にBaFe2Se3 のブロック型反強磁性相にが生じているのかという微視的機構に関しては、低おいて空間反転対称性が破れている可能性が指摘

温の磁気構造がブロック型であることを反映してマされていることにも注目しました[7]。これらのことを

ルチフェロイックス分野で知られるmagnetostriction

考慮して、空間反転対称性の破れを検知する有力な機構を通して結晶構造が歪んでいると考えています。

手法である非線形光学応答の一種である第二高調

しかしながら、本来ならば250 Kの反強磁性相転移と波発生の測定を行いました[8]。実験の詳細は省きまともに構造が歪めばよいのに、400 Kというはるかにすが、図2に示すように400 K以下で第二高調波発生

高温で構造相転移が生じていることはとても不思議のシグナルを観測しました。第二高調波発生強度のな点です。低次元系におけるスピン系と格子系の分偏光依存性を詳細に解析することで点群がmm2で離を示唆しているのかもしれません。

あることが求まり、また中性子回折データを再検討

梯子型鉄系化合物BaFe2Se3 は新しい奇パリティ多することで室温における結晶構造が空間群Pmn21 に極子秩序系であり、その比較的高い伝導性から新奇属することを明らかにしました。

な輸送現象発現の格好の舞台であると考えていま得られた結晶構造は図1のようなものであり、低温す。低次元系ではドメイン壁に相当するソリトンが伝におけるブロック型磁気秩序を安定化させるような構

導を担うことがあり、それが風変りな輸送現象を導く

造歪が導入されています。その結果、ブロック型磁可能性があるのです。その観測のためにも、奇パリ

気構造は、空間群Pmn21 の単一の規約表現で表せる

ティ多極子ドメインの観察は重要な課題です。また、ことになり、2次的な反強磁性相転移と整合すること

高圧下で発現する超伝導相との関連も興味深く、奇が わかりました。結晶構造の最大の特徴は、空間群

パリティ多極子揺らぎが超伝導相にどのような影響

Pmn21 においては空間反転対称性が破れていることでを与えているのかに興味を持っています。これらのあり、対称性の観点からは電気双極子がマクロに有限課題に関して、本新学術領域の皆様と議論できるこになることが期待されることです。つまりBaFe2Se3 はとを期待しています。

強 誘 電 秩 序 を 示 すことに なりま す。残 念 な がら
BaFe2Se3 は電気抵抗率の小さな絶縁体であり、秩序化した電気双極子の大きさを実験的に見積もることができません。しかし、逆に言えば比較的伝導性の

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[5] Q. Luo et al., Phys. Rev. B 87, 024404 (2013).
[6] V. Svitlyk et al., J. Phys.: Condens. Matter 25, 315403 (2013).
[7] S. Dong et al., Phys. Rev. Lett. 113, 187204 (2014).
[8] T. Aoyama et al., submitted.

Ｃ０１：3d電子系における高次多極子に由来する非対角応答の観測

3d 電子系における
奇パリティ磁気多極子秩序に由来する
電気磁気応答と量子伝導現象
阿部伸行

東京大学大学院新領域創成科学研究科

有馬

孝尚

助教

徳永

祐介

東京大学

東京大学

前半の公募研究から引き続き公募研究に採択い磁気伝導現象、磁気キラル二色性などの方向二色性

ただき、ありがとうございます。昨年度まではD01班の検出とドメイン観察、などの手法によって研究をの公募研究として物質探索の研究を進めてまいりま

進めていきたいと考えています。

したが、計測に力を入れてみたい物質がいくつか現

私自身や所属研究室では最近はキラルな無機化

れてきましたので、C01班に公募研究を申し込ませ合物における物性応答を調べていることが多いでていただきました。今後も学生とともに研究を進めす。キラル磁性体の面白さとしては、結晶構造の空てまいります。どうぞよろしくお願いいたします。

間反転対称性の破れと、磁化の存在による時間反転

研究対象は主に3d遷移金属化合物を中心に誘電対称性の破れが同時に生じていることであり、対称体から金属まで、あまり対象を絞り込みすぎずに面白性の複合的な破れに起因する物性が生じ得る事だとそうな現象が現れないかと探索してきました。物質探思います。このことは奇パリティ磁気多極子における索を進める上での指針として、まずは点群があり、空電気磁気効果の発現のように、新しい物性の起源に間群があります。J-Physicsの会議に参加するといただもなっています。実際にキラル磁性体ではスキルミ

けるサッカーボールと点群のステレオ投影図がまとめオン格子や、磁気ソリトン格子などの研究が、日本のられたクリアファイルを片手に、色々考えてデータ

研究者がリードしつつ世界中で行われております。

ベースを検索します。自分で結晶を作ることだけでは

スキルミオン格子や磁気ソリトン格子は電子顕微鏡

なく、試料を提供していただいて研究を進める場合もや量子ビームの小角散乱によって観測されますが、あります。J-Physics内でもC01計画班の高阪さんから

私自身はその技術を持ち合わせておりませんので、キラル磁性体CsCuCl3 のホモキラル結晶を提供していもう少しマクロな物性応答を期待して研究を進めてただき[1]、磁気キラル二色性の研究にも取り組んでおります。その一例が磁気キラル二色性であり電気きました[2]。そのような経緯ですので、D01班とC01

磁気効果の観測です。

班を行ったり来たりするのも私（や私が所属する有馬徳永研究室）らしいのかなと思っております。

磁気キラル二色性[3]は物質の持つキラリティ、磁化あるいは磁場の向き、そして光などの電磁波の進

本研究課題では、引き続き3d遷移金属化合物を行する向きに依存して吸収係数が変化する現象で対象として、局所的な反転対称性の破れに伴う物性す。一方で結晶はもともと異方性を持つことが多い応答の観測を目的としています。対象物質としてはので、例えば線二色性などとファラデー効果が重な

キラル磁性体やハニカム構造を持つ磁性体であり、ると、同様な吸収係数の方向依存性が生じ得ます。

誘電体であれば電気磁気効果、電気伝導性があればこのため物質本来の磁気キラル二色性を検出するた

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37

めには、結晶の持つ光学異方性や光の偏光にも十が、Co2+スピンはab面内では磁気異方性は無いよう分注意する必要があります。先に述べましたCsCuCl3で、磁場をab面内で走査すると付随して電気分極もは六方晶でありab面内には光学異方性が生じない

回転するという現象が現れました。この応答についため、光の進行方向と磁場の印加方向を特殊軸のcてはD01計画班の楠瀬先生や柳さんが理論的に調軸とすることで、磁気キラル二色性を観測することがべられております[5]。現在は同様の上下に折れ曲できました。

がったハニカム構造を持つ磁性誘電体や磁性半導CsCuCl3 はキラルな空間群に属する物質でしたが、先程の点群の表を眺めていると、極性（電気分極）を持つもの、キラリティを持つもの、どちらも持たな体を対象として研究を進めております。
このような形で2年間研究を進めてまいりますので、どうぞよろしくお願いいたします。

いもの、そして極性かつキラルなものがあります。最また、研究の他にも今年度は本領域にご支援いた

近では極性かつキラルな点群に属する結晶構造をだき博士課程の学生をドイツに派遣することができ持つ磁性体に着目して、強磁場下での電気磁気効果ました。その際には播磨代表をはじめとして関係のの測定や、磁気光学効果、量子ビームを用いた磁気みなさまに大変お世話になりました。学生が成長で構造の研究などを進めております。またこのような物きる機会を与えていただけることも本領域の素晴ら

質では、極性のドメイン、キラリティのドメイン、磁しい点だと思っております。この場をお借りしてお礼

気秩序のドメインがそれぞれどのように結合してい申し上げます。

るかも自明ではありませんので、ドメイン観察と操作の研究にも着手したいと考えております。
もう一つの対象物質であるハニカム構造を持つ磁性体ですが、最近はCo4Nb2O9という物質で電気磁気効果と電気分極の磁場による操作について報告しました[4]。この物質は三方晶に属しており、Co2+ に着目しますと上下に折れ曲がったハニカム構造を形成しており、ここに反強磁性的な磁気構造が形成されると反転対称性が破れるため電気磁気効果が発現します。実際の磁気構造も隣接したCo2+スピンは

図 . 三方晶 Co4Nb2O9 の結晶構造と磁気構造

反強磁性的に配列し電気分極がab面内に現れます[1] Y. Kousaka et al., Phys. Rev. Materials 1, 071402(R) (2017).
[2] N. Nakagawa et al., Phys. Rev. B 96, 121102(R) (2017).
[3] G. L. J. A. Rikken and E. Raupach, Nature (London) 390, 494 (1997).

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[4] N. D. Khanh et al., Phys. Rev. B 96, 094434 (2017).
[5] Y. Yanagi et al., Phys. Rev. B 97, 020404(R) (2018).

Ｃ０１：ハニカムおよびジグザグ構造を持つ物質における拡張多極子の研究

What Alice Found There大原繁男

名古屋工業大学大学院 工学研究科

中村

教授

翔太

名古屋工業大学
助教

私は奇パリティ拡張多極子秩序による電気磁気効果も生じます。私が研究しているYbNi3Al9 は空間（ME）効果の観測を目的に、キラル結晶構造を持つ

群R32 (#155)のErNi3Al9 型構造[3]を持ちます。R32

YbNi3Al9 [1]を出発点として研究を進めています。まだはソンケ群（Sohncke groups）と呼ばれる空間群に成果には至っていませんが、本稿ではキラリティにつ属し、結晶の対称操作には回転と並進しかなく、結いて説明しながら、挑戦していることを紹介します。

晶構造はキラリティを持ちます[4]。R32の対称操作

表題のWhat Alice Found Thereは、Lewis Carrolのの 配 置 をInternational Tables for Crystallography『Through the Looking-Glass, and What Alice Found

Vol. Aで見ると、c軸に平行な右回りと左回りの3回らThere（邦題：鏡の国のアリス）』（1871年）の後ろ半分

せん軸が60度おきに交互にあることがわかります。

を 借りてきました[2]。Looking-Glassは 鏡（mirror）

YbNi3Al9 の場合には、例えば、Niイオンは一般位置の古語で、アリスは鏡の中で空間や時間が反転したにあり、3回の右らせんか左らせんで結晶中に配列し世界を体験します。私たちはJ-Physicsにおいて空間ています。つまり、右結晶と左結晶が存在します。磁や時間の反転対称が破れた世界に興味をもっていま性を担っているYbは主軸（3回軸）上にあり、らせん

すから、アリスの追体験をしているわけです。アリスの配置とは言えません。なお、ややこしいですが、に追いつくには、アリスがそうしたように、逆向きに

R32は空間群としてアキラルです。R32をキラルな空

走ってみるとか、新しい挑戦が必要となるでしょう。

間群と言うと誤りになるので注意してください[4]。

アリスは鏡に入りながら ” Perhaps Looking-glass

キラルな結晶構造を反映して、YbNi3Al9 は3.4 Kでmilk isn't good to drink.”とつぶやきます。アミノ酸

キラルらせん秩序を示します。面白いことにNiをCu

や糖類は鏡像体（右と左の分子）があり、回転させで置換すると磁気相互作用が増大し、キラル磁性のてもその構造は一致せず、その性質も異なります。こ

性質が顕著に観測できます[5]。最近、らせん軸に垂れをキラリティがあると言います。私たちはアミノ酸

直 に 磁 場 を 加えるとChiral-soliton lattice（CSL）とや糖類の左右どちらかの分子を利用して生きていま呼ばれるキラル磁性体に特有の磁気構造が発現するすから、鏡写しのミルクの味は変わってしまうに違いことが証明されました[6]。CSLの存在が立証されたありませ ん。Lewis Carrollは 数 学 者 で『Euclid and

物質はまだ世界で数例しかありません。

his Modern Rivals』（1879年）という本も書いていま

J-Physicsの目標は多極子伝導の物理の開拓です

すから、幾何学に詳しかったのでしょう。キラリティ

が、私の研究の第一の目標は、キラル金属磁性体には数理科学と物質の出会いの場でもあります。

おけるME効果としての電流誘起磁気現象の観測でさて、結晶構造がキラリティをもつ場合には、MEす。R32の点群はD3で、線形なMEテンソルは

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39

を合成しました。結晶は反転対称を持っていますが、(1)

希土類イオンの位置には反転中心がない構造が実現しています。次に期待することは、ハニカム構造上のとなりますから[8]、電流I（電場E）を加えた向きに磁磁気秩序が奇パリティ拡張多極子秩序となる状態の化Mが現れるME効果が期待されます（M =AI）。

実現です。R2Pt6Ga15 は全ての希土類元素について作

現在、磁気秩序により対称性がR32からC2（あるることができ、さまざまな磁気構造をとりますから、可い はC2'）に か わるErNi3Ga9 [8]とDyNi3Ga9 [9]に 注

能性はあると考えています。奇パリティ拡張多極子に目しています。C2になればMEテンソルはよるME効果が現れるかどうか検証します。
奇パリティ拡張多極子秩序が期待される構造を持(2)

つ新物質の探査も行っています。これまでに反転中心のない構造が交互に積層した正方晶YbNi2Si（I4/mmm,
3に変わり非対角項が現れるので、磁気秩序にともなっ#139）とYbのジグザグ鎖を持つYb2Rh3Si（C2/c,#15）5て電流に垂直な磁化が生じる場合がでてきます。これを発見しました。いずれもYbサイトでは反転対称がまでにErNi3Ga9 において電流によって誘起された磁化ありません。これらの物質の基底状態の観測を進めの観測に成功しましたが、ジュール熱を抑え込むことていますが、紙面が尽きてしまいました。こちらの紹が難しく格闘中です。MEテンソルを正確に反映した介はまた別の機会にしたいと思います。

効果が現れていることを立証したいと思っています。

最後になりましたが、共同研究者の方々にお礼申

次の挑戦は、UNi4B [10]のような奇パリティ拡張多し上げます。また、ここに書いた事柄の多くがトピカ

極子によるME効果の観測です。YbNi3Al9では磁性をルミーティングなどを通してJ-Physicsの活動の中で担うYbイオンがハニカム構造を形成していますが、学んだことです。みなさまにお礼申し上げます。反転同じハニカム構造を持つアキラルな構造の希土類化‒
合 物R2Pt6Ga15 (R＝La‒Lu)（空 間 群：P6m2, #187）[11]

中心のない結晶の世界で私たちは何を見出すことができるでしょうか。楽しみましょう。

[1] T. Yamashita, R. Miyazaki, Y. Aoki, S. Ohara, JPSJ, 81, 034705 (2012).
[2] 高阪勇輔氏の講演を参考にAliceの話をキラリティの導入に使いました。
[3] R. E. Gladyshevskii, K. Cenzual, H. D. Flack, E. Parthé, Acta Cryst. B49, 468 (1993).
[4] 例えば、ネスポロ マッシモ, 日本結晶学会誌, 59, 39 (2017).などが簡潔で参考になります。
[5] S. Ohara, T. Fukuta, K. Ohta, H. Kono, T. Yamashita, Y. Matsumoto, J. Yamaura, JPS Conf. Proc. 3, 017016 (2014).
[6] T. Matsumura, Y. Kita, K. Kubo, Y. Yoshikawa, S. Michimura, T. Inami, Y. Kousaka, K. Inoue, S. Ohara, JPSJ, 86, 124702 (2017).
[7] J. ‒P. Rivera, Eur. Phys. J. B 71, 299-313 (2009).
[8] H. Ninomiya, T. Sato, Y. Matsumoto, T. Moyoshi, A. Nakao, K. Ohishi, Y. Kousaka, J. Akimitsu, K. Inoue, S. Ohara, Physica B, 536,392 (2017).
[9] H. Ninomiya, Y. Matsumoto, S. Nakamura, Y. Kono, S. Kittaka, T. Sakakibara, K. Inoue, S. Ohara, JPSJ, 86, 124704 (2017).
[10] H. Saito, K. Uenishi, N. Miura, C. Tabata, H. Hidaka, T. Yanagisawa, H. Amitsuka, JPSJ, 87, 033702 (2018).
[11] Y. Matsumoto, T. Ueda, S. Ohara, J. Phys. Conf. Series, 683, 012035 (2016).

40

公募班紹介

D01: Hybrid f-/p-electron molecular materials

Emergent electronic phenomena inhybrid f-/p-electron molecular materials
Professor Kosmas Prassides
Department of Materials Science, Graduate School of Engineering, Osaka Prefecture University

Yasuhiro Takabayashi

Zhanqiang Xu

Naoya Yoshikane

Naoki Tarutani

WPI-AIMR,
Tohoku University

WPI-AIMR,
Tohoku University

Osaka Prefecture University

Osaka Prefecture University

A most prominent manifestation of many-bodyelectronically-active anionic C 60 sublattice. The

electron interactions is provided by f-electron systems

question is then: can one fuse the two behaviors andin which the correlations are so strong that the

couple both electronically-active f-electron andquasiparticle effective mass becomes orders offullerene electronic structures? Evidence that this was

magnitude higher than the bare electron mass. This

feasible came from our past work on rare-earth

leads to intermediate valence, Kondo, and heavy

fullerides. Selected systems, such as intermediate

fermion systems with complex electronic andvalence Sm2.75C60 and Yb2.75C60 were shown to exhibit

magnetic behavior including unconventional

both temperature- and pressure-induced valence

superconductivity, quantum critical phenomena, andtransitions accompanied by drastic changes in themultipole order. The electronic properties arelattice metrics and the conducting properties [1-3].

determined by the unconventional strongly correlatedThis important question created the opportunity tocharacter of the cationic rare-earth sublattice alone assynthesize and study new families of hybrid

the anionic sublattices comprise closed-shells units

molecular-based Kondo insulators and heavy

and are electronically inactive. Such examples are

fermions with strong coupling between charge,

provided by intermediate valence solids (SmS), which

lattice, and spin degrees of freedom. Such fusion isshow electronically-driven valence changes withbeing pursued within J-Physics and is now leadingchanges in external stimuli (temperature, pressure).

to a new family of hybrid f-/p-electron molecular

These have been rationalized phenomenologically inmaterials with unpredictable and theoreticallyterms of the valence fluctuation model of twochallenging physics. These f-electron fullerides

nearly-degenerate electronic configurations, 4fn5d0

have properties intrinsically unattainable inand 4f n-1 5d 1 (or theoretically by the one-impurity

f-electron systems with closed shell anions (like S2-)Anderson model). Some of these systems (SmB6,

and in fullerides with closed shell cations (like K+),

YbB12) have been also identified as candidates forand entirely novel phenomena are expected. The

topological insulators.

project has two inter-related parts:

This contrasts sharply with the strongly correlated− establish a robust chemical methodology top-electron fullerene solids in which strong

synthesize new hybrid 4f, 5f-/p-electron fullerides, andcorrelations are exclusively associated with the− use chemical and physical pressure to control

公募班紹介

41

Figure 1. Temperature-induced valence transitions in the familyof rare-earth fullerides, (Sm 1-x Ca x ) 2.75 C 60 (0 ≤ x ≤ 1) probed bysynchrotron X-ray powder diffraction.

Figure 2. Temperature- (top) and pressure-induced (bottom)
valence transitions in Sm 2.75 C 60 probed by synchrotron partial
fluorescence yield X-ray absorption spectroscopy (PFY-XAS).

functionality and study structure-property-

collapse at low temperatures, indicative of thecomposition relationships.

non-innocent nature of the C60 sublattice, which can

We made significant advances within J-Physics in theaccept /donate electrons from/to the rare-earth 4f/5d

past two years and established robust routes to isolate

bands leading to a complex electronic behavior.

the ternary systems, (Sm1-xCax) 2.75C60 (0 ≤ x ≤ 1) − here

The research members who contribute to thesethe valence change is quasi-continuously contresearch activities are Assistant Professors Yasuhiro

rolled chemically by the co-intercalation of the

Takabayashi and Naoki Tarutani, Researchvalence-precise Ca2+ ion. A new family of intermediate

Associate Zhanqiang Xu, and Master student Naoya

valence fullerides has emerged with tunable onset

Yoshikane. The research activity of our team consistsof the valence transition temperature, which goesof two integrated components: (i) establishingto zero in Ca 2.75C60 (Fig. 1). At the same time, we

reproducible synthetic protocols for new materials

added one missing piece of the puzzle by going

discovery and (ii) accessing new electronic groundbeyond diffraction characterization techniques andstates through advanced structural (synchrotron

authenticating the rare-earth valence changes

X-ray/neutron diffraction) and spectroscopic

directly at both ambient and elevated pressures(XANES, RIXS) studies and physical property

using element-specific spectroscopic techniques(transport, magnetism) measurements of the new(Fig. 2). What is intriguing here is that, while thematerials following systematic changes in chemical

response to pressure seems conventional and infeatures and external physical parameters such as

analogy with that of SmS (sharp increase in thepressure.

rare-earth valence with pressure), the temperature
response is non-monotonic: on cooling, there is acontinuous increase in valence, followed by a sharp

42

公募班紹介

[1] J. Arvanitidis et al., Nature 425, 599 (2003).
[2] J. Arvanitidis et al., Dalton Trans. 3144 (2004).
[3] S. Margadonna et al., Chem. Mater. 17, 4474 (2005).

Ｄ０１：空間反転対称性を「破る」5d 電子系の新物質開拓

空間反転対称性を「破る」
5d 電子系の新物質開拓岡本佳比古

名古屋大学 大学院工学研究科

山川

准教授

洋一

名古屋大学
助教

大学院理学研究科

山影

相

名古屋大学
助教

大学院理学研究科

名古屋大学の岡本佳比古です。この度はJ-Physics

伴う超伝導のような、空間反転対称性の破れの効果の公募研究に採択していただき、ありがとうございが物性にわかり易くはっきりと現れる物質はほとんどます。引き続き2年間、よろしくお願いいたします。

知られていません。本公募研究では、空間反転対称

今回の公募研究では、5d 電子系を中心に、空間反性の破れが明らかな影響をもつ新しい5d 電子物性

転対称性を特徴的な形で「破る」新物質を開拓するを発見するため、ただ単に空間反転対称性をもたなことにより、興味深い電子物性・電子現象の発見をいのではなく、次に示すより特徴的な二通りの形で目指します。皆さんよくご存じの通り、空間反転対称

空間反転対称性を「破る」新物質を開拓します。

性は結晶固体の物性を左右する最も重要な対称性

一つは、温度や圧力を変化させることで空間反転の一つです。例えば強誘電体では空間反転対称性が対称性を破る相転移を示す5d 電子系物質の開拓で破れることにより自発分極が生じますし、超伝導体にす。ある物質の物性は、その物質のもつ様々な要素おけるクーパー対の性質は空間反転対称性の有無が複雑に絡み合う結果生じます。そのため、空間反によって全く異なります。グラファイトやダイヤモンド

転対称性が破れた物質において興味深い電子物性に現れるsp 2 やsp 3といった伝統的な混成軌道の考えが発現したとしても、その電子物性にとって空間反転

方から、ワイル半金属のような現代的なトポロジカ

対称性の破れがどの程度寄与しているかは自明ではル物性に至るまで、空間反転対称性は固体物理学のないと思います。その点、空間反転対称性を破るようあらゆる場面に現れます。

な相転移を示す物質では、相転移前後の物性を比較

空間反転対称性が破れることが、電子物性においすることにより、破れの効果をかなり正確に抽出できて際立った形で現れると期待される系の一つが、かるのではないかと期待されます。現状では、このようなり強いスピン軌道結合とそこそこ強い電子相関がな 相 転 移 を 示 す5d 電 子 系 物 質 は、Cd2Re2O7 や共存しうる5d 電子系です。5d 電子系はスピンと軌道

CsW2O6 などに限られます。両物質はともにパイロクの自由度が結合した全角運動量によって物性が記述

ロア構造をもちます。図1に示したパイロクロア構造

されうる舞台ですし、空間反転対称性が破れた5d 電やカゴメ構造をもつ物質は、高対称であるにもかか

子系では電子バンドに大きなスピン分裂が現れる可わらず反転中心をもつサイトが1種類しかないこと

能性があります。しかし、現状では空間反転対称性（例えば空間群Fd−3mでは16c/16dサイトだけが反の破れの効果が確立した5d 電子系物質は、U化合

転中心をもつ）、バンドが平坦になりやすいため電物やCe化合物を擁するf 電子系と比べて少ないで子構造に不安定性が現れうること、正四面体/正三角

す。例えば、CePt3Siにおける巨大な上部臨界磁場を形の大きさが交替する「ブリージング転移」が起こり

公募班紹介

43

うることから、空間反転対称性を破る相転移を示す
舞台として有望です。本公募研究では、このような観点に注目して物質開拓を行い、空間反転対称性を破る相転移を示す5d 電子系物質の発見を目指します。
もう一つは、結晶全体では空間反転対称性をもちますが、原子位置において局所的に空間反転対称性を破る「拡張ジグザグ構造」をもつ5d 電子系物質の開拓です。拡張ジグザグ構造をもつ系は、結晶全体
で空間反転対称性が破れる系と本質的に異なる電子物性が現れる可能性があります。例えば、奇パリティ
多極子を実現しうる舞台であることや、MgB2、ZrNCl
やLnFeAsOに見られるように高温超伝導が現れやす

図１．上：パイロクロア構造とカゴメ構造．空間反転対称性をもつ．下：交替（ブリージング）によって空間反転対称性が破れた
パイロクロア構造とカゴメ構造．

いことには、拡張ジグザグ構造の特徴が現れているではないかと考えます。本公募研究では、拡張ジグザグ構造ならではの新奇物性の発現を目指して、5d遷移金属原子が拡張ジグザグ構造を形成する物質を新規開拓します。効率的に物質探索を行うために、
拡張ジグザグ構造のもつ構造的な特徴に着目することで、あらかじめ拡張ジグザグ構造を実現しうる空間
群と、各空間群において拡張ジグザグ構造を形成するサイトを絞り込んでおきます（図2）。候補となりうる空間群をもち、5d 遷移金属原子が適切なサイトを占有する物質を集中的に探索することで、新しい5d
拡張ジグザグ物質を開拓します。
これらの二つの方針に従って集中的に5d 電子系の物質探索を行うことにより、空間反転対称性が破れることで現れる、新奇電子物性の発現を目指します。これから2年間、研究会などで皆さんと議論できることを楽しみにしております。

44

公募班紹介

図２．立方晶のうち，拡張ジグザグ構造を実現しうる空間群．分類を目的としたものではないため不正確な表であることに注意．
格子点の左列に記載されたワイコフ位置が拡張ジグザグ構造を形成しうる．物質数は ICSD による値．

Ｄ０１：層状・3次元遷移金属化合物のスピン軌道相互作用由来の異常電子相制御と新規物性探索

層状・3 次元遷移金属化合物のスピン軌道相互作用由来の異常電子相制御と新規物性探索
宮坂茂樹

大阪大学 大学院理学研究科 物理学専攻

田島
阪大院理

節子

中島

正道

阪大院理

准教授

中島

正道

分子研UVSOR

熊井玲児

KEK物構研

この公募研究では、「電子相関」を本質的に内包しNiTe2 のARPESによる研究を行っており、他のTe化物ている遷移金属d 電子系を対象に、本新学術領域と同様にDirac点が (0,0,kz)の位置に存在しているも

J-Physicsで注目している「スピン軌道相互作用」にのの、そのエネルギー準位はフェルミレベル近傍に由来する特異な電子相の制御と、それによる新規物あることを明らかにしました。
（図2）そこで、本研究性を開拓することを目的としています。具体的には、

では、これらのTe化物におけるDirac点をフェルミ準スピン軌道相互作用によりtype-II Dirac電子状態が位に近接させる、Dirac電子状態を制御することを目生じている層状CdI2 構造を取るM Te2（M = Ni、Pd、

指しています。例えば、NiTe2とPdTe2 の固溶により、Pt）と、層 状PdSe2 構 造-3次 元pyrite構 造 間 の 構 造

Dirac点のエネルギー準位の制御を行うことを試み

相転移近傍で超伝導が出現すると期待されるPdSe2

ます。また、NiTe2 のTe層間に、Tiなどの陽イオンをの元素置換系を研究しています。

インターカレーションすることで、NiTe2 に電子ドー

研 究 対 象としている第10族 遷 移 金 属 二 硫 化 物

ピングを行い、Dirac点のエネルギー準位の制御を

MX 2 は様々な結晶構造を持ち、同時にそれと不可分

行っていきます。これらの制御されたDirac電子状態

な電子状態を示します。よく知られているのは、Te化を持つ物質系を対象に、type-II Dirac電子系特有の物で出現するCdI2 構造で、この構造ではTe-M -Teが磁気輸送現象、超伝導などの新規物性の開拓を行っ

積層した構造を取り、隣接するTe層間はファンデルていきます。

ワールス力により弱く結合しています。一方、NiS2 や

もう一つの研究としては、PdSe2 の元素置換系におNiSe2 は3次元的なpyrite構造を取り、これらの固溶

ける新規な超伝導の開拓を目指します。PdSe2 は物理系で は 古くからモット転 移 が 研 究されています。

的 な 圧 力 効 果 により、層 状PdSe2 構 造 から3次 元

PdS2 やPdSe2 は、このpyrite構造を一軸方向に引き

pyrite構造への構造相転移を生じます。同時に、半導延ばした層状構造を取ります。
（図1）体-金 属 転 移 が 生じ、そ の 相 転 移 近 傍 の 金 属 相

これらの物質系の内、層状M Te2 はtype-II Dirac電（pyrite相）において、臨界温度が約13 Kの超伝導が子系であることが近年判明し、磁気輸送現象や角度観測されています。[1] この超伝導はSe2 のダイマー

分解光電子分光（ARPES）の研究が行われています。

の不安定性を伴うことがわかっており、Pdの価数のPtTe2 やPdTe2 で は、ARPESの 研 究 によりDirac点 がゆらぎと超伝導との関連性が注目されています。周波数空間の(0,0,kz)の位置に存在しており、そのエネ

期表上、Pdに近い元素を内包したpyrite構造のSe化

ルギーはフェルミレベルよりも0.5eVから1.0eV程度

物としては、先に挙げたNiSe2 やRhSe2 などがありま低いことが判明しています。私たちのグループでは、す。そこで、本研究では、Pd1-xMʼ xS22 (Mʼ = Ni、Rh) の

公募班紹介

45

固溶系の作成により、物理圧力を使用せず、化学的
元素置換効果により構造相転移を誘起し、その近傍における新規な超伝導を探索していきます。
また、PdSe2 のSeをAsなどのニクトゲン元素Pnに変えたPdSePnは、SeとPnの周期配列により空間反転対称性が破れたullmannite構造を取ることが知られています。この構造はpyrite構造に類似した構造です。本研究では、PdSe2-xPnx の固溶系の研究により、構造相転移近傍の超伝導や、Se-Pn非秩序-秩序
状態変化に伴い発生する、空間反転対称性の破れにより生じる新規な超伝導状態の変化を探索していきます。

図 1：MX2 (M = Ni, Pd, Pt, X = S, Se, Te) の結晶構造。

[1] M. A. ElGhazali et al., Phys. Rev. B 96, 060509(R) (2017).

46

公募班紹介

図 2：NiTe2 のΓ点 (0,0,0) から A 点 (0,0,0.5c*) 間の ARPES スペ
クトル。青と赤の破線で示したバンドの交差点が Dirac 点だと予想される。

Ａ０１：局在多極子と伝導電子の相関効果

ワイル磁性体Co2MnGaにおける室温巨大異常ネルンスト効果
酒井明人

東京大学物性研究所

水田耀

ピエール

大阪大学

鈴木

通人

理研CEMS有田亮太郎

理研CEMS

助教

A. A. Nugroho

R. Sihombing

是常

バンドゥン工科大学

バンドゥン工科大学

理研CEMS

竹森

石井

浜根

那由多

梨恵子

理研CEMS

東大物性研

P. Goswami

中辻

メリーランド大学

東大物性研

隆

大輔

東大物性研

知

近年、トポロジカル絶縁体をはじめ、トポロジー

ル磁性体と呼ばれる物質群[3,4]において、磁化の大が物性に重要な役割を果たすことが理解されつつあきさから経験的に期待される値より数十倍大きな異る。これらの物質は、次世代メモリ等、新たなデバイ

常ネルンスト効果が観測された[5]。したがって、さス応用につながる可能性も秘めているため注目を集らなる物質開拓により、異常ネルンスト効果が大幅めている。本稿では、ワイル磁性体Co2MnGaで見つに増大する可能性が期待されていた。

かった室温巨大異常ネルンスト効果についてご紹介する[1]。

今回我々が注目した物質は立方晶ホイスラー化合物Co2MnGaである（図１c挿入図）。ホイスラー系は

これまで研究されてきた熱電変換（ゼーベック効

ハーフメタルの候補として主にスピントロニクス分野果）は熱流と平行方向に発電するのに対し、磁性体などで古くから研究が進められてきたが、近年トポの異常ネルンスト効果は磁化と熱流に垂直方向に起

ロジカルな電子構造を持つ物質として再注目されて電力を示す（図１a）。この幾何学的違いが発電デバいる[6]。キュリー温度はT c 〜 694 Kであり室温以上

イスに大きな違いをもたらす。例えば、ゼーベック効の 広 い 温 度 範 囲 で 強 磁 性 体 で あ る。図 １bに果ではp型n型の柱を並べた立体構造が必要である

Co2MnGaの室温での異常ネルンスト効果の磁場依のに対し、異常ネルンスト効果では立体構造不要存性を示す。約６μV/Kという巨大な値を示すが、こで、テープ化などにより熱源に巻き付けるだけで排れは室温での過去最高値の10倍以上に匹敵する。

熱回収ができる。さらにネルンスト効果ではペルチ温度を上げるとさらに上昇し、100℃では約７μV/K

エ熱による効率の低下がないため、ゼーベック効果と、室温以上の広い温度範囲で利用可能である（図と同じ性能指数ZTでより大きな変換効率が得られる

１c）。また製造コストが安く無毒、耐久性・耐熱性と考えられている[2]。

にも優れている。

これらの利点があるものの、異常ネルンスト効果

この大きな異常ネルンスト効果の起源は何であろ

は通常ゼーベック効果の1%未満であり、熱電応用かうか？低温ではモットの式と呼ばれる関係式が成り立らは非常に遠いと考えられてきた。しかし、近年ワイ

つことが知られている。

今 号の研 究 成 果

47

図１.

(a)ネルンスト効果、Co2MnGaの異常ネルンスト係数の(b)室温磁場依存性、(c)温度依存性

22
αyx = - π k B T ∂σyx
e
3
∂E

(1)

・

E=EF

δ(x)はデルタ関数であり、ベリー曲率だけでなく状態密度も同時に大きくすることが重要であることがここでαyx は異常ネルンスト効果の本質的な部分わかる。ワイル点にはI型（ディラックコーンの傾きが（熱電テンソルの横成分）、k B はボルツマン定数、T∂σyx
は温度、eは電気素量、はホール伝導∂E E = E F率のフェルミエネルギーでのエネルギー微分を表

小さく、価電子バンドもしくは伝導バンドの一方のみ（ディラックコーンの傾きが大きく、価電子バンドとす。この式から、低温では温度に比例して αyx の絶伝導バンドの両方がフェルミポケットを形成、図２c

対値が大きくなり、ホール伝導率のEF でのエネルを参照）の２種類があることが知られている[9-11]。

ギー微分が大きいほどその傾きは大きくなることが状態密度が最も大きくなるのはちょうどI型からII型わかる。

に移り変わるときであり、図２aのCo2MnGaのワイ

最近の研究で、ホール伝導率を大きくするにはベがフェルミポ ケットを 形 成、図 ２bを 参 照）とII型

ル点はまさにそのような状況にある。

リー曲率と呼ばれる波数空間の「仮想磁場」が重要「ワイル点がI型からII型に移り変わる点」は物理的であるとがわかっている[7,8]。すなわち、にはリフシッツ量子臨界点と呼ばれる特異点であり、

σyx (E F ) = -

e2
h

→

Ωn,z (k )θ(E F - Є n,k )
n,k

(2)

→

→

→

Ωn,z (k )はベリー曲率、θ(x)は階段関数である。
ベリー曲率はワイル点と呼ばれる縮退のないディ
ラックコーン（線形バンド交差）があると大きくなる。

その近くでは様々な物理量に対数発散が表れることがモデル計算から明らかになった。実際にCo2MnGaの は実験・第一原理計算ともに対数発散を示す。この増幅機構により異常ネルンスト効果が大きくなっていると考えられる。

実際にCo2MnGaのバンド構造を第一原理計算により調べてみると、確かにワイル点が存在することがわかった（図２a）。また実験的にもワイル磁性体の特徴であるカイラル異常（負の磁気抵抗効果）が観測された。
式(1)に戻ると、大きな異常ネルンスト効果には
ホール伝導率そのものではなく、微分係数を大きくする必要があることがわかる。式(2)を微分すると、
2
∂σyx
=- e
h
∂E E = E F

48

今 号の研 究 成 果

→

→

n,k

Ωn,z (k )δ(E F - Є n,k ) (3)→

図２(a)Co2MnGaのワイル点、(b) I 型のワイル点 、(c)II 型のワイル点

未利用熱から電気を作る試みは長い間世界中で行われてきたが、材料の毒性やコストの高さなど様々な問題点のため未だ広く普及するには至っていない。本研究は異常ネルンスト効果という全く新しい原理に基づく熱電変換を可能とするもので、無毒・廉価・耐久性など既存技術にはなかった特性がある。この未開拓の新技術が本研究を礎に今後さらなる研究により発展することで実用につながることが期待される。
本研究は、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出」研究領域(研究総括：谷口研二、研究副総括：秋永広幸)における研究課題「トポロジカルな電子構造を利用した
革新的エネルギーハーヴェスティングの基盤技術創製」、文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域「JPhysics：多極子伝導系の物理」(研究代表：播磨尚朝)における研究計画班「A01: 局在多極子と伝導電子の相関効果」の一環として行われたものである。
関係者各位に深く御礼申し上げます。

[1] A. Sakai et al., Nature Physics 14, 1119 (2018).
[2]T. C. Harman and J. M. Honig, "Thermoelectric and Thermomagnetic Eﬀects and applications" McGraw-Hill, New York, p.337 (1967).
[3] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, and T. Higo, Nature 527, 212 (2015).
[4] K. Kuroda, T. Tomita et al., Nature materials 16, 1090 (2017).
[5] M. Ikhlas, et al., Nature Physics 13, 1085 (2017).
[6] J. Kübler and C. Felser, Europhys. Lett. 114, 47005 (2016).
[7] N. Nagaosa et al., Rev. Mod. Phys. 82, 1539 (2010).
[8] D. Xiao, M.-C. Chang, and Q. Niu, Rev. Mod. Phys. 82, 1959 (2010).
[9] X. Wan et al., Phys. Rev. B 83, 205101 (2011).
[10] A. A. Burkov and L. Balents, Phys. Rev. Lett. 107, 127205 (2011).
[11] A. A. Soluyanov et al., Nature 527, 495 (2015).

今 号の研 究 成 果49

Ｂ０１：遍歴多極子による新奇量子伝導相

軌道磁気四極子と電気磁気効果
下出敦夫

理化学研究所 創発物性科学研究センター

渡邉

光

京都大学
大学院理学研究科

基礎科学特別研究員

柳瀬

陽一

京都大学
大学院理学研究科

多極子とはもともと，物質中の電磁気学において

磁気四極子M kl の定義および電気磁気感受率αklと電荷密度や電流密度の異方性を特徴づける物理量の関係から始めよう．以下の議論は軌道，スピンをであった．これまではf 電子系を中心として，ひとつ問わず成り立つものであり，本研究に先立ってスピの原子における多極子が研究されてきた．そして本ンについて議論されている [5]．l, k については必ず領域ではこれを拡張し，複数の原子からなるクラス

しも対称ではなく，磁気トロイダル双極子とスピン磁タにおける拡張多極子を提案している．ところが固気単極子を含んでいるが，後述するように軌道磁気体物理で相手にするべきは周期的な結晶における単極子は含まない．必要なのは熱力学と電磁気学の量子力学的な電子であり，ここで多極子を定義しよ

短い数式だけなので，この場で証明しようと思う．熱

うとすると，位置演算子がよく定義されていないとい

力学ポテンシャルΩはう困難に直面する．
実はこの困難には解決法が知られている．まず電気分極は，Hamiltonianを断熱的に変形し，流れるを満たす．S , M k , N はエントロピー，磁化，粒子数で電流密度を積分することで定義され，Bloch波動関あり，T, B k，μは温度，磁場，化学ポテンシャルであ

数のBerry接続と呼ばれる幾何学的な量で表される

る．磁場が格子定数に比べて十分緩やかに変化して[1]．軌道磁化は，磁場中で熱力学ポテンシャルを計いるとすると，局所的な関係式

算することで得られる熱力学的な物理量であり，や
はりBloch波動関数を用いて表すことができる [2]．
本研究では，軌道磁気四極子の結晶における量子に拡張することができるであろう．ここから直ちに力学的な公式を導出した [3]．副産物として，磁気四極子と電気磁気感受率の間の直接的な関係を証明した．得られ た 公 式をBaMn2As2とCeMn2Ge2-xSix のと，S=−∂Ω/∂TとN=−∂Ω/∂μが得られる．T=0で絶有効模型 [4]に適用し，電気磁気感受率への軌道の縁体であれば，電荷は分極電荷しかないので，qN=寄与がスピンに比べて大きくなりうることを示した．

-∂i P iと表される．ここでqは電子の素電荷，P i は電気[1] R. D. King-Smith and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 47, 1651 (1993).
[2] J. Shi et al., Phys. Rev. Lett. 99, 197202 (2007).
[3] A. Shitade et al., Phys. Rev. B 98, 020407 (2018).
[4] H. Watanabe and Y. Yanase, Phys. Rev. B 96, 064432 (2017).

50

今 号の研 究 成 果

分極である．すると熱力学のMaxwellの関係式から

究では，彼らが導出した有効模型を用いて軌道磁気
四極子と軌道磁気電気感受率を計算した．
BaMn2As2では磁化がc軸方向を向いており，対称が従う．このように局所熱力学というたったひとつの性から Mxx =-Myy のみが許される．公式を導出する際仮定から，短い数式をいくつか並べるだけで，磁気に対称性を仮定していないが，Mxx =-Myy 以外の成分

四極子と電気磁気効果の関係を証明することがでは計算すれば消える．電気磁気感受率への軌道の寄きる．

与 は1.3×10-4 ps/mで あり，ス ピ ン の 寄 与-1.5×

定義はできたので，次は計算である．もちろんこ

10-3 ps/m [4]に比べて無視できるものではない．

の場でそれを行うつもりはない．問題となるのはど

CeMn2Ge2-xSix では磁化がab面内にあり，対称性のように磁 場を導 入 するかであり，対 称ゲージやから M xz ,M zx が許される．特に前者については，電気Landauゲージは位置演算子が現れるので使えない．

磁気感受率への軌道の寄与は-3.3×10-5 ps/mであそこで本研究ではゲージ不変な勾配展開を用いた．

り，絶 対 値 は 小 さ い も の の，ス ピ ン の 寄 与1.9×

これはKeldysh Green関数をゲージ不変な電磁場や

10-6 ps/mに比べて10倍以上大きい．

その微分について摂動展開する方法であり，いま必

結晶における多極子は，単なる定義の問題ではな

要なのは磁場の微分∂ l B k なので都合がよい．方法

く，電気磁気効果をはじめとする交差相関応答と微は重要ではなく，波数Qに依存するベクトルポテン

視的に関係していることが明らかになった．最後にシャルA(Q)を導入し，Aについて1次，Qについて2

もうひとつ，多極子の重要な側面を述べておきたい．

次まで展開しても同じ結果が得られる [6]．ひたすら

温度勾配と垂直方向に電流や熱流が流れるNernst

手を動かすと，Bloch波動関数を用いて軌道磁気四効果や熱Hall効果では，Kubo公式で伝導度を計算

極子M kl を表すことができる．

するとT=0で発散することが知られている．これらに得られた公式を化学ポテンシャルで微分すると，

軌道磁化や熱磁化を加えることで，T =0で消える物

軌道電気磁気感受率 α kl が得られる．α kl はトポロジカ

理 的 に 正 し い 結 果 が 得 ら れ，Mottの 関 係 式 やル絶縁体の文脈で既に導出されており，アクシオン

Wiedeman-Franzの法則を示すことができる [8]．こ電磁気学と呼ばれるE・B項とそれ以外に分けられる

こで熱磁化とは回転する熱流密度を特徴づける，軌[7]．局所熱力学から得られるのは後者のみである．

道磁化をエネルギーの方向に拡張したものである．

磁場は∂k Bk=0を満たすので，軌道磁気単極子とそれより一般に，温度勾配に対するいくつかの応答は，に対応するE・B項は得られない．

多極子がなければ物理的に正しい結果を得ることが例として，局所的に空間反転対称性が破れた反強

できないと筆者は考えている．最近そのひとつの例

磁性体BaMn2As2とCeMn2Ge2-xSix を考える．これらはとして，温度勾配によって磁化が誘起される現象に反転中心がMnサイト上になく，反強磁性秩序に伴っおけるスピン磁気四極子の重要性を議論したので，て空間反転対称性が破れる物質であり，共同研究者

あわせてご覧いただきたい [9]．

である渡邉と柳瀬によって磁気十六極子と磁気四極子の強的秩序であることが指摘されている [4]．本研[5] Y. Gao et al., Phys. Rev. B 97, 134423 (2018).
[6] Y. Gao and D. Xiao, Phys. Rev. B 98, 060402 (2018).
[7] A. M. Essin et al., Phys. Rev. B 81, 205104 (2010).
[8] L. Smrcka and P. Streda, J. Phys. C 10, 2153 (1977).
[9] A. Shitade et al., Phys. Rev. B 99, 024404 (2019).

今 号の研 究 成 果

51

Ｂ０１：遍歴多極子による新奇量子伝導相

重い電子系超伝導体URu2Si2 の隠れた秩序状態の空間群
神戸振作

日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター

研究主席

URu2Si2 は 選 ば れし化 合 物と言えるかもしな い。

２回対称成分を含む不均一な線幅は、試料依存は

数々の興味深い様相を同時に示すからである。しか大きいものの隠れた秩序状態で増大することは確かし、それらの性質の理解は困難で、凝縮系物理学のであり、その機構の詳細はまだよくわかっていない。

難問となっている。U系の重い電子系超伝導体には最近、低温・静水圧力下では、斜方晶になることがこのような “鬼っ子” が幾つかある。その代表的な３報告された[6]。関連があるのかもしれない。さて、U姉妹がURu2Si2, UPt3, UBe13 である。強磁性超伝導もとSiは c 軸上で連なっているので、Siサイトが４回対

U系でしか見つかっていない。未だにU系は魅力あ

称ならUサイトも４回対称と結論できる。従ってU,る化合物群なのである。

Ru, Si全てのサイトで４回対称が保存されていると本項では、URu2Si2 において17Kで起きる、いわゆ

考えられる。

る “隠れた秩序” 転移に関するNMR 研究のさわりを述べる。詳細は原論文を参照されたい[1,2,3]。またURu2Si2では、転移温度1.7Kで重い電子系カイラルd波超伝導状態になると考えられており、その起源は隠れた秩序と密接に関連すると推測されている。超伝導状態の詳細な研究も行っているので、これも原著論文を参照されたい[4,5]。
我々は、SiとRuサイトの詳細なNMR/NQRの研究により、隠れた秩序状態でSiとRuサイトの４回対称性が保存されていることを結論した。Ruサイトの４回対称性については、初期のNQR実験ですでに確認されていたので、より高純度な試料でより精度よく再確認したにすぎない。Siサイトの４回対称性はより複雑な様相である。非常に小さいが、不純物や歪みに起因すると考えられる磁化の２回対称成分も共存するからである（図１）。しかし、もし完全な単結晶があれば、２回対称成分は消滅すると考えられる。
もともと、隠れた秩序転移の比熱の飛びが同程度の試料でも、磁化率の２回対称成分の試料依存は大きく、隠れた秩序の秩序変数とは見なせないことはわ
かっていた。しかし、不純物や歪みに起因する弱い52

今 号の研 究 成 果

図１：c面内で磁場を回転させた時のSi-NMR線幅の角度依存[1]。
θは[110]方向からの角度である。不純物や欠陥に起因する不均一線幅は、隠れた秩序状態（5K）で２回対称成分に特徴的な|cos2
θ|依存を示す。スピンエコー減衰から求めた均一線幅は、隠れた秩序相でも４回対称つまりcos４θ依存を保持している。29Si核はI=1/2なので、磁気的相互作用しかない。従って、どちらの線幅も磁化の分布に対応するが、位相が逆であり起源が異なると考えられる。

隠れた秩序転移は２次相転移なので、Landauの

従って、いわゆるハイブリッド多極子になっている。

２次相転移に対する群論的考察が適用できる[6]。こここでは、Uサイトの反転対称性が自発的に破れていこで隠れた秩序状態に対して２つの仮定をする。

る特異な転移になっている。現在までの理論では、

１）時 間 反 転 対 称 性 は 破 れ な い。２）秩 序 波 数 はU5f 軌道で構成される偶パリティ秩序を念頭において(001)である。この２つの仮定は現時点では確定してきたことが隠れた秩序解決を遅らせた一因かもしれいるとは言えないが妥当なものである。

ない。当然、実験的な検証も簡単ではない。P4/nncの結晶族点群は、I4/mmmと同じD4h なので、巨視的物性の対称性からはP4/nncを同定できない。従って局所的物性から同定するしかない。表１から分かる
ように、そのためには反転対称や鏡映対称の有無を決定する必要がある。または、外場で誘起される、より低次の多極子秩序から判定することになる。これら
は微視的測定でも困難であり、この検証は今後の課

図２：P4/nncに対応するランク5電気的奇パリティ多極子秩序の電子分布。D４対称性を持つ。

URu2Si2 の常磁性状態の空間群は I4/mmmである。

題である。ハイブリッド多極子秩序が検証されれば、今後、多極子探索の領域は大きく拡大し、多極子物
理の新たな地平が開かれると期待できる。

その部分群で上記の仮定を満たし、かつ３サイトの本研究は、原子力機構の服部泰佑、徳永陽、酒井

４回対称性が保たれる空間群はP4/nncしかない。

宏典、比嘉野乃花、松田達磨（現首都大）、芳賀芳範；

従ってP4/nncは隠れた秩序状態の対称性の有力な

ミシガン大のR.E. Walstedt；神戸大の播磨尚朝 各氏候補である。２つの仮定のどれかが破れた場合、幾との共同研究である。紙面を借りて深く感謝する。

つかの異なった空間群が候補となるが、ここでは述べない。P4/nncの秩序は、ランク５の反強電気的奇I4/mmm

P4/nnc
422
−
4..
4..

パリティ秩序に対応する。この時、UサイトはD4 の対U称性を持ち、その全対称表現はD4h のA1u 基底: xyz

Ru

4/mmm
−
4m2

(x2-y2) に対応する（図２）。この状態はU5f 軌道だけ

Si

4mm

で は 構 成で きず、U6d 軌 道 の 寄 与 が 必 要で ある。

[1] S. Kambe et al., Phys. Rev. B 97, 235142 (2018).
[2] S. Kambe et al., Phys. Rev. B 91, 035111 (2015).
[3] R.E. Walstedt et al., Phys. Rev. B 93, 045122 (2016).
[4] T. Hattori et al., J. Phys. Soc. Jpn. 85, 073711 (2016).

表１：空間群 I 4 /mmmとP4/nncでの各サイトの局所対称性[5] T. Hattori et al., Phys. Rev. Lett. 120, 027001 (2018).
[6] J. Choi et al., Phys. Rev. B 98, 241113(R) (2018).
[7] H. Harima et al., J. Phys. Soc. Jpn. 79, 033705 (2010).

今 号の研 究 成 果

53

Ｃ０１：拡張多極子による動的応答

キラルらせん磁性体CsCuCl3 の磁気的キラリティの検証髙阪

勇輔

岡山大学 異分野基礎科学研究所

大石一城

Neutron Science and Tehnology
Center CROSS Tokai

加倉井

和久

Neutron Science and Tehnology
Center CROSS Tokai

らせん磁気構造の右巻きか左巻きのみの磁気ドメインを生成することは, 交換相互作用のみではエネ

特任助教

秋光

純

RIIS
Okayama University

Vladimir Hutanu
Institute of Crystallography
RWTH Aachen University and JCNS at MLZ

手系もしくは左手系のみの結晶キラリティドメインで構成された単結晶を育成する必要がある.

ルギー的に困難であるが, キラルな結晶構造を有す

CsCuCl3 は, 図1に示すようなキラルな空間群P6122

るキラルらせん磁性体においては, 磁気モーメントを(右手系)及びP6522(左手系)に属する結晶構造を形成

平行・反平行に揃える交換相互作用に加えて, 磁気する. また, 10.5 K以下において磁気伝搬ベクトルkmag

モーメントをねじるDzyaloshinskii-Moriya (DM) 相= (1/3 1/3 δ) (δ ~ 0.09)を有するらせん磁気構造を互作用により片巻きのみの単一磁区を有するキラル形成することが中性子回折によって観測されている.

らせん磁気構造が自発的に生成される. このとき, 結[4] 本物質の空間群から, DMベクトルはc軸に平行も晶構造が右手系か左手系かによって磁気モーメント

しくは反平行のどちらかとなり, 右手系と左手系結晶をねじる方向が決定される. その結果, 結晶構造とらのDMベクトルは逆方向の関係となる. よって, 結晶構

せん磁気構造のキラリティが結合する.このキラルら造のキラリティが反転することにより, 磁気モーメント

せん磁性体は, 磁場中でスキルミオン格子やキラルをねじる方向も反転する.しかし, 通常の手法で単結晶

磁気ソリトン格子といった特異な磁気構造を形成すを育成した場合, ラセミ双晶結晶しか得られないことることから近年多くの注目を集めている. [1-3]が実験検証における問題となる. [5]しかし, キラルな結晶構造を有する殆どの無機キラル化合物において, 試料内に右手系と左手系の結晶構
造ドメインが混在したラセミ双晶が形成され, キラル磁性体の研究における大きな障害となっている. 例えば,
右手系と左手系結晶ドメインが1 : 1に混在しているラセミ双晶結晶で偏極中性子回折測定を実施した場合,それぞれの結晶ドメインによる磁気散乱強度が足しあわされてしまう為, 右巻きと左巻きの磁気ドメイン比が
1 : 1と観測されてしまう. つまり, DM相互作用によるキ
ラルらせん磁気秩序形成を実験的に検証する為には右[1] S. Muhlbauer et al., Science 323, 915 (2009).
[2] Y. Togawa et al., Phys. Rev. Lett. 108, 107202 (2012).
[3] Y. Togawa et al., J. Phys. Soc. Jpn. 85, 112001 (2016).

54

今 号の研 究 成 果

図 1 CsCuCl3 の (a) 右手系 ( 空間群 P6122) 及び (b) 左手系 ( 空間群
P6522) の結晶構造 . 青丸の Cu サイト上に記された矢印は , (a) 右巻き及び (b) 左巻きキラルらせん磁気構造を示す . [6][4] K. Adachi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 49, 545 (1980).

本稿では, らせん磁性体CsCuCl3 の片手系の結晶

た. 図2に右手系及び左手系結晶で観測した磁気衛

キラリティで構成された単結晶育成手法と偏極中性星反射プロファイルを示す. 図4 (a)に示す右手系結子回折測定によるらせん磁気構造のヘリシティの評

晶の(1/3, 1/3, 6-δ)面では, I +x , -x ではピークが観測

価手法を紹介する. [6]

されたが, I -x , +xでは有意なピーク強度が観測されな

我々は, 水溶液を撹拌しながら結晶成長させる撹かった. 一 方, 図2 (b)に示 す(1/3, 1/3, 6+δ)にお い拌法によりCsCuCl3 の単結晶育成を行った. 水溶液かては, 逆にI -x , +xでのみピークが観測された. さらに結ら結晶成長を行う場合, 一般的には水溶液を振動な晶構造キラリティが逆の左手系結晶で測定すると, さどの外的要因を可能な限り排除した環境に静置してらにこの関係が反転した. 例えば, 図2 (c)に示す(1/3,

行うが, 撹拌法においては, 撹拌子を100〜120 rpm

1/3, 6-δ)面において, I -x, +xでのみピークが観測されで回転させることでビーカー内の水溶液を激しく撹た. これらの実験結果は, 右手系結晶は右巻きキラル

拌 させ な がら結 晶 成 長 を 行う. これ により、最 大らせん磁気構造, 左手系結晶は左巻きキラルらせん

3mm程度の単一の結晶キラリティで構成された単磁気構造を形成していることを意味し, CsCuCl3 の結結晶を得ることに成功した. 結晶キラリティドメイン

晶構造キラリティとらせん磁気構造のキラリティがを単一に保持したまま、より大型の単結晶を育成す

DM相互作用によって1対1に対応していることが実る為, 撹拌法で得られた結晶を種結晶として飽和水

験的に示されたと言える.

溶液中に静置させて結晶成長を行った. 1 ヶ月程度の育成により10〜15 mm程度まで単結晶を大型化することに成功した. [6-7]偏極中性子回折測定は, J-PARC MLFに設置された中性子小角・広角散乱装置 TAIKAN (BL15) 及び,Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ)に 設 置 さ れ たPOLIに て 実 施し た. 3次 元 偏 極 解 析 測 定 を 行う為 に
CRYOPADを用い, 右手系及び左手系のみのドメインで構成された計2つの単結晶試料を磁気転移温度以下である4 Kで測定した.
らせん磁気構造の右巻きか左巻きの磁気ドメイン比を決定する為には, c軸に平行に近い散乱ベクトルにおいて, スピン反転過程であるI +x , -x やI -x , +x を観測する必要がある. (なお、xは中性子スピンの量子化軸であり、散乱ベクトルQと平行な方向を示す.) しかし,
CsCuCl3 は, 磁気伝搬ベクトルが(1/3, 1/3, δ)である
為、磁気伝搬ベクトルとc軸はほぼ垂直の関係にある. そこで, 散乱ベクトルをc軸に近づける為に, (1/3,

図 4 三次元偏極解析測定による右手系結晶 (空間群 P 6 122) の(a) (1/3 1/3 6-δ) 面及び (b) (1/3 1/3 6+δ) 面のω走査プロファ
イル及び左手系結晶 ( 空 間群 P6522) の (c) (1/3 1/3 6-δ) 面及び(d) (1/3 1/3 6+δ) 面のω走査プロファイル . [6]1/3, 6±δ)といった散乱面の磁気衛星反射を測定し[5] H. Ohsumi et al., Angew. Chem. Int. Ed. 52, 8718 (2013).
[6] Y. Kousaka et al., Phys. Rev. Materials 1, 071402(R) (2017).
[7] Y. Kousaka et al, J. Phys.: Conf. Ser. 502, 012019 (2014).

今 号の研 究 成 果

55

Ｃ０１：ジグザグ鎖近藤半導体における反対称スピン軌道相互作用の効果

近藤半導体CeT2Al10 (T=Ru, Os)の特異な相転移はどこまで理解されたか？
高畠敏郎

広島大学大学院 先端物質科学研究科

中 国 の 浙 江 大 学 でこの 原 稿 を 書 い て い る。F.

ことを見出した。重要な指摘は，転移温度の27 KがSteglichとH. Yuan（袁 輝 球 教 授，SCES2016共 同 主

Gd系よりも高いことである。この異常に高い転移温催者)の相関物質研究センターに2018年10月から3度はde Gennes scalingから予想されるよりも二桁もか月間食客として滞在している。文献は何も携えて来高いので，磁気転移ではなくCDW転移であると解釈なかったので，主観的な話になることをお許しいた

し，転移温度をT 0と記載した。
（この論文は，その後だきた い。CeT2Al10 (T=Ru, Os) の 研 究で はT=Ru系に展開した研究の起爆剤となったことで，2018年日

で先行していた西岡・谷田・世良・Mignot氏らとの本物理学会論文賞を授けられた。）引き続いて高知

競合を避けて，我々はT=Os系を対象としてきた。本大の松村らはRu系の 27AlのNQR信号が5個のAlサイ

稿では主に我々の研究について述べるので，彼らのトの1個を除いて，T 0 以下で2本に割れることを観測重要な研究成果については，関連する論文をご覧頂し，相転移は結晶構造相転移であると結論した[5]。

きたい。

そこで，我々は単結晶CeOs2Al10 の論文原稿で，28.5
Kでの反強磁性秩序という表現を急遽削除し，電子

１．27 Kでの相転移の発見

線回折で15 Kにおいて観測されたq = (0, -2/3, 2/3)

発端は2009年のStrydomの論文である[1]。彼はの超格子反射を根拠として，何らかの超格子が28.5

CeRu2Al10 が半導体的な電気抵抗を示しながらも27Kで形成されるとした[6]。

Kで2次 相 転 移を示 すことを見 出した。比 熱/温 度

56(C/T)と磁化率χがピークを示し，格子熱伝導率も跳2. 反強磁性秩序の観測

び上がることから，何らかの構造相転移が起こって，磁気秩序の有無を観測する直接的な方法は，μSR

それが磁気秩序を伴っていると提案した。そのためと中性子回折である。そこで，我々は英国のISISにに，転移温度をT *と記載した。これとは独立に，東Adroja氏と共同でビームタイムを申請して，多結晶

京理科大の元屋研に所属していた室裕司氏は同型試料を送っていた。その間に安岡先生のバックアッ

化合物のCeFe2Al10 が近藤半導体であることを発表しプを受けた神戸氏が，いち早くCeRu2Al10 のμSRでた[2]。実は，CeRu2Al10 の相転移も見つけていたの

内部磁場の発生を観測した[7]。

であるが，物理学会とICM2009での発表に留まって

我々のCeRu2Al10 試料を用いて反強磁性秩序とそのいた[3]。そこに現れたのが西岡氏らのFe, Ru, Os系

磁気構造（Fig. 1）を決めたのはKhalyavin氏らであるの単結晶を用いた系統的研究の大論文であった[4]。

[8]。近藤効果によって0.34 μBまで縮んだCeの磁気直方晶のa軸方向への磁気異方性が強いことに加えモーメントは磁気困難軸のc 軸方向を向き，その磁て，c-f 混成強度がRu, Os, Fe系の順番で強くなり，

気構造は波数ベクトルk = (1, 0, 0)で特徴付けられる。

Ru系を加圧するとその電気抵抗率の温度変化は，常Mignot氏らも同様の信号を観測していたが，磁気秩圧下でのOs系からFe系のものへと順次遷移して行く

序とは 結 論しな かった[9]。Os系 に お い てもμSR

今 号の研 究 成 果

Al
Ru
Ce

Fig. 1. CeRu2Al10 の反強磁性秩序構造 [8]。

で内部磁場が観測されて，相転移は反強磁性秩序であることが確立した[10]。これ以来，転移温度を我々はTNと記述することにした。

３．どうしてTN がそんなに高いのか？

Fig. 2. CeOs2Al10 のE∥bの規格した光学伝導度[11]。

次に答えるべき問題は，「CeT2Al10 (T=Ru, Os)のTNに反転対称性を持たないことに注目した[14]。この奇がどうしてGd化合物よりも高いか？」となった。磁気パリティの結晶場下で，Ceの4 f 電子は同じサイトの転移温度が20 Kを超えるCe化合物は，この他に7例

5d 電子と混成できるので，それが交換相互作用を強ほど知られているが，Gd系よりも転移温度が高いのめるというモデルを立てた。Fig. 3に示すように，結はCeRh3B2 だけである。その115 Kでの強磁性転移

晶場基底状態の4f 電子と5 d 電子の波動関数はどちにはc-f 混成が関与しているらしいが，その機構はまらもb 軸方向に伸びていることに注目してほしい。

だ理解されたとは言い難いようである。

Ce 4f

Ce 5d

さて，本系の高いTN の原因を調べるために，私はICM2009で同席した木村真一氏に，光学伝導度の測定を依頼した。直ちに彼は，CeOs2Al10 の混成ギャッ
プ幅には異方性が無いが，E ∥ b の光学伝導度がTNよりも10 Kも 高 い39 K 付 近 から20 meVに 顕 著 な
ピークを形成するのを観測した(Fig. 2)[11]。この結果から，同氏は異方的なCDW形成が反強磁性秩序を誘起すると提案した。その後，中性子非弾性散乱における11 meVのスピンギャップも約39 K以下でFig. 3. CeRu2Al10 の結晶場基底状態におけるCeの4f と5 d 電子の電荷分布 [14]。

発達することが確認された[12]。一方，梅尾氏は圧力下での測定から，電気抵抗の熱活性的挙動が失わ

4．何が高いTN の反強磁性秩序の必要条件か？

れてもTN は高いまま残るが，比熱の跳びに対応する

これまでの実験事実から，三つの条件について考d( χ T ) / dT が加圧とともに減少してゼロになると同察した。

時に，転移が急に消失するという，相分離を思わせ(1) c- f 混成ギャップの存在は必要か？

る現象を見出した[13]。

(2) CDW的電荷ギャップ(E∥b )は必要か？

半澤氏は，この結晶構造のCeサイトではb 軸方向(3) Ceオンサイトでの4 f- 5 d 混成は必要か？

今 号の研 究 成 果57

まず(1)については，c- f 混成強度を調節するためにT=Os系に正孔と電子をドープした[15]。OsをReとIrで置換するとそれぞれ5d 正孔と5d 電子がドープされる。前者では価数揺動が強まるのに対して，後者では局在性が強まる。電気抵抗の熱活性エネル
ギーとTN は，どちらも相関して低下するが，ドープ量依存性は正孔・電子ドープに対して非対称で，正孔の方が急激に低下する。電子ドープではTN は緩やかに低下するが，Ce当たりの磁気モーメントは0.92 μBまで伸びて，その向きをc 軸方向からa 軸方向に変える。一方，電子比熱係数γは，TNと逆相関でドープに伴って増大する。高ドープ領域では，ギャップ内

Fig. 4. CeOs2Al10 のドープ系の破断接合トンネル分光で観測した(a) c- f 混成ギャップV1, 反強磁性ギャップVAF, (b) TN, (c) 規格化したゼロバイアス伝導度NZBCのドープ量依存性 [16]。

状態が発達し，電気抵抗の熱活性的挙動が失われる

58

とともに，反強磁性秩序は消失する。フェルミエネル

次に(2)の「TN 以上の温度でのCDW的電荷ギャッギー E F でのギャップ内状態密度に依存する電気抵

プ(E∥ b)は必要か？」である。これについては，電荷抗率からは，E F の上下にギャップ構造が残っている

ギャップを観ている光学伝導度の結果を信頼するかどうかは判断できない。

[17]。つまり，TN の高い反強磁性転移には事前に電そこで，浴野氏の支援を受けて川端君が破断接合

荷ギャップが開いていることが必要である。この点をトンネル分光で電子状態密度の温度変化を測定した

確かめるために，我々は電気抵抗よりも広いエネル[16]。その結果，TN の残っている高ドープ領域でもギー窓をもつ熱電能を測定した[18]。T=Os系の熱電混成ギャップ構造は残っており，その大きさはTNと能はb 軸方向においてのみ，降温とともに36 K付近

良く相関していることが判明した（Fig. 4）。この結果から急減する。この特徴は，ドープ系でもTN が存在

は，ドープ系の光学伝導度から導かれた結論[17]とする領域では残る。従って，このb 軸方向の熱電能のは矛盾している。しかし，光学伝導度スペクトルを多異常は電荷励起ギャップ形成を反映している。

成分に分解して混成ギャップ成分を抽出するよりも，(3) の「Ceオンサイトでの4f-5d 混成は必要か？」にギャップ構造を直接観測している破断接合トンネル

ついては直接的な実験証拠は無い。ただし，b 軸方分光の方を私は信じる。とすれば，c- f 混成ギャップ

向の電気伝導が高いTN をもたらす機構と関係していの存在は高いTN に必要である。この問題は，横谷氏ることが，一軸圧下の磁化測定から推測された[19]。

らが進めている角度分解光電子分光実験によって決梅尾氏が開発した圧力セルを用いて林君が測定した

着するであろう。

TN の圧力変化を，a，b，c 軸長に対してFig. 5に示す。

今 号の研 究 成 果

T=RuとT=Os系のTN はb 軸長の関数として連続に繋ている機構としては，次のようなモデルを考えていがり，b 軸長が縮むほど上昇する。この時，c- f 混成る。異方的な混成ギャップが形成されると，ギャップ

強度の目安となるχ (B∥a)と χ (B∥c)のピーク温度は端の電子状態密度は増強されるので，これを用いて変化しない。この結果は，c-f混成強度ではなくb 軸

交 換 相 互 作 用 も 増 強 さ れ る。b 軸 方 向 にCDW的

方向の電気伝導が反強磁性交換相互作用を制御しギャップが形成されると，フェルミ面が再構築されてていることを示唆する。この点を確認するには，一軸交換相互作用がさらに増強される。その際，b 軸方向

圧下での電気抵抗，光学伝導度，さらにNQR・NMRに伸びた4f 波動関数(Fig. 3)と伝導電子とはカップルの測定が強く望まれる。

しやすい。この妄想的モデルに興味を持っていただ
いた方がいれば，どうかきちんと解明して頂きたい。
最後に，室裕司氏をはじめとする共同研究者の５．まとめと展望
以上の考察から，(1), (2), (3)は独立ではなく，協力しあって特異な反強磁性を実現していると私は考えて方々と，緊張感を持たせてくれた世良氏，議論して頂いた倉本氏に感謝する。

いる。遍歴的4f 電子間の磁気的交換相互作用を高め

Fig. 5. 一軸圧と静水圧下におけるCeT2Al10 (T = Ru, Os)のTN の格子主軸長依存性[19]。

[1] A. M. Strydom, Physica B 404, 2981 (2009).
[2] Y. Muro et al., JPSJ 78, 083707 (2009).
[3] Y. Muro et al., J. Phys.: Conf. Ser. 200, 012136 (2010).
[4] T. Nishioka et al., JPSJ 78, 123705 (2009).
[5] M. Matsumura et al, JPSJ 78, 123713 (2009).
[6] Y. Muro et al., PRB 81, 214401 (2010).
[7] S. Kambe et al., JPSJ 78, 123713 (2009).
[8] D. D. Khalyavin et al., PRB 82, 100405(R) (2010).
[9] J. Robert et al., PRB 82, 100404 (2010).
[10] D. T. Adroja et al., PRB 82, 10445 (2010).

[11] S. Kimura et al, PRL 106, 056404 (2011).
[12] D. T. Adroja et al., Phys. Scr. 88, 068505 (2013).
[13] K. Umeo et al., JPSJ 80, 064709 (2011).
[14] K. Hanzawa et al., JPSJ 80, 023707 (2011).
[15] J. Kawabata et al., PRB 89, 094404 (2014).
[16] J. Kawabata et al., PRB 95, 005100 (2017).
[17] S. Kimura et al., JPSJ 85, 123705 (2016).
[18] Y. Yamada et al., JPSJ 84, 084705 (2015).
[19] K. Hayashi et al., PRB 96, 245130 (2017).

今 号の研 究 成 果

59

Ｄ０１：強相関多極子物質の開発

空間反転対称性の破れた金属の「軌道交差」とスピン反転木村憲彰

東北大学大学院理学研究科

落合明

東北大学大学院理学研究科
教授

舩島

准教授

洋紀

播磨

神戸大学大学院理学研究科
特命講師

尚朝

神戸大学大学院理学研究科
教授

空間反転対称性の破れた金属では、反対称スピン振動が観測される。ところが、分裂したフェルミ面に

軌道相互作用によってスピンによる縮退が解けて縮退した点があると、キャリアはその縮退点で小さ

フェルミ面は分裂する。この対称性の破れに起因しいフェルミ面（内側の軌道）から大きいフェルミ面た電子状態のスピン自由度による分裂は、たとえば（外側の軌道）へ、あるいはその逆の軌道を通ること

図1(a)のように、大きさの異なる二つのフェルミ面をがあり得る。このときキャリアの描く軌道で囲まれたもたらす。このとき、スピンの向きは逆格子空間のk極値断面積は2つのフェルミ面の間を取ることにな

方向に依存するようになるが（図1(b)）、スピンのkり、3つ以上の量子振動が観測される。例えば、縮退依存性（スピンテクスチャー）を実験的にとらえるの点が4つの場合は5つの振動が観測される。実際、は難しい。

Yb4Sb3では図2のβ1 ‒ β5 やγ1 ‒ γ5 のように、磁場結晶の対称性を考慮すると、このフェルミ面の分裂は特定のk方向で再び縮退する場合がある（図1を<100>方向に印加した時に5つのdHvA振動が観測された。

(a)の黒点）。このとき、フェルミ面に沿って運動する
キャリアの軌道は図1(c), (d)のように縮退点で交差する。最近、我々は空間反転対称性の破れた価数揺動物質Yb4Sb3 において、ドハース・ファンアルフェン(dHvA)効果を用いてこの「軌道交差」を観測し、ス
ピンテクスチャーに関する興味深い現象を見出したので[1]、本稿で紹介したい。
Yb4Sb3 は立方晶anti-Th3P4 型結晶構造を取り、空間群I -43d、点群Td6 に属している。スピン自由度によって分裂したフェルミ面は3組あり、いずれもΓ点を中心とした、球状に近い閉じたホール面である。
図1(a)は3組のうちの1組を示した。
磁 化 の 量 子 振 動で あるdHvA効 果 の 周 波 数 は、
フェルミ面の極値断面積に比例する。フェルミ面が2つに分裂した今の場合、分裂してできた大きいフェルミ面と小さいフェルミ面に応じて、2つの周波数の60

今 号の研 究 成 果

図１ (a) Yb4Sb3 のフェルミ面（一部）。(b) H // <100>の時の軌道とスピンテクスチャー。(c)と(d)は(b)の丸で囲んだ部分の拡大図で、(c)が通過軌道、(d)が交差軌道をカラーで表している。

軌道の縮退点でキャリアが元の軌道を通る（通過する）か、それとも他方のフェルミ面の軌道に移る（交差する）かの確率は、磁気破壊(Magnetic Breakdown)で知られた半古典的な解析手法[2]を用いて評価することができ[3]、ある交差（通過）確率Pをもった場
合のdHvAスペクトルを予想することができる。例え

図3 交差確率によって変化するdHvAスペクトル（シミュレー
ション結果）。オレンジで示したスペクトルが実験で得られたγ1‒ γ5 を、緑がβ1 ‒ β5 をよく再現している。

ば交差が起きにくい（P ≈ 0）場合は、内側と外側の軌道のみ、つまり一番小さい周波数と一番大きい周転する。したがって、交差確率を特定することによっ

波数の信号が強くでる（図3左）。一方交差が頻繁にて、縮退点でスピン反転が起きやすいのかどうかが起こる（P ≈ 1）場合は、中間の周波数の信号が強くわかることになる。Yb4Sb3 では、フェルミ面、あるいなる（図3右）。本研究では、この予想と実験結果を

は磁場方向によってスピン反転の起きやすさが異な比較することによって、交差確率を特定することがでることが分かった。例えば、図2と図3を比較すると、きた。

H // <100>で はγ1 ‒ γ5 の 軌 道 はP = 0.1で、交 差

軌道交差は「スピン反転」の有無を伴う点で磁気はほとんど起きておらず、したがって図1(c)に相当す

破壊とは本質的に異なる。図1(c)ではスピン反転はるため、スピン反転がほとんど起きていないことが起きないが、図1(d)の軌道では縮退点でスピンが反わ かる。一 方、β1 ‒ β5 の 軌 道 はP = 0.5で、図1(d)のスピン反転を伴う軌道交差が半分の確率で起きていることがわかる。
以上の結果は、dHvA効果が伝導電子のスピンの性質を観測する新しいプローブとして有効であることと同 時 に、単 純 な 球 状 フェルミ面 で 構 成 さ れ る
Yb4Sb3 がこのようなスピンテクスチャーを研究するのに適した物質であることを示している。今後はこの手法を使って、例えば重い電子系の質量増強のスピ
ン依存性の起源を調べたり、あるいはYb4Sb3 を用い

図2 dHvA振動のFFTスペクトル。

て反対称スピン軌道相互作用に起因した新しい現象を探索したりと、様々な展開が期待される。

[1] N. Kimura et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 114708 (2018).
[2] D. Shoenberg, Magnetic Oscillations in Metals (Cambridge Univ. Press, 1984).
[3] L. M. Roth, Phys. Rev. 173, 755 (1968).

今 号の研 究 成 果

61

Ｄ０１：強相関多極子物質の開発

4 f 2 希薄系Y(Pr)Ir2Zn20 における単サイトの非フェルミ液体的挙動
山根悠

広島大学大学院 先端物質科学研究科

鬼丸孝博

広島大学 大学院
先端物質科学研究科 教授

脇舎

和平

横浜国立大学
大学院工学研究院

松本助教

博士課程後期2年圭介

梅尾愛媛大学大学院
理工学研究科 助教

和則

広島大学自然科学研究支援
開発センター 准教授

高畠敏郎

広島大学大学院先端物質科学研究科 特任教授

4f 電 子 の 電 気 四 極 子 が 活 性となるPr希 薄 系Y(Pr)Ir2Zn20 において，低温での比熱と電気抵抗率が単サイトの非フェルミ液体的挙動を示すことを初めて明らかにした。本稿では，その研究の背景と成果について紹介する。
重い電子系金属の低温における電気抵抗率や比熱の温度変化は，ランダウのフェルミ液体論によって説明できる[1]。一方で，電子相関の強いf 電子を含
むいくつかの系は，「非フェルミ液体 (NFL)」的な振る舞いを示す[2]。このNFL的挙動の原因として，主62

図1 (a) 通常の磁気的な近藤効果と(b) 四極子近藤効果の概念図。
四極子近藤効果では，f 2 電子の電気四極子が等価な2つの伝導バ
ンドの四極子成分によって過剰に遮蔽され，NFL状態が発現する[3]。

に二つがある。まず，磁気モーメントが伝導電子にた[6]。しかし，金属間化合物中のUイオンの価数は遮蔽される近藤効果(図1(a))とRKKY相互作用の競合非整数であるだけでなく5f 電子は遍歴性が強いのによる量子臨界現象が挙げられる。量子臨界点の近で，その結晶場基底状態は同定できなかった。その傍では，非従来型の超伝導などの興味深い現象が発ため，四極子近藤効果の実験的確証には至っていな

現するので，盛んに研究されている。他方，図1(b)かった。

のように，f 電子の局在モーメントが複数の伝導バン

そこで私達は，図2のように，非磁性である立方晶

ドによって過剰に遮蔽される「2チャンネル近藤効

YIr2Zn20 の Yを 少 量 の Prで 置 換 し た Pr 希 薄 系 Y果」がある[3]。理 論 計 算 から，磁 気 比 熱を温 度で(Pr)Ir2Zn20 に 着目した。Pr格 子 系PrIr2Zn20 に お ける

割ったCm/Tが-lnT，電気抵抗率ρが√T に比例し，

Pr3+ イオンの結晶場基底状態は，電気四極子が活性

絶対零度で(1/2)Rl n2のエントロピーが残ると予言となる非磁性Γ3 二重項であり，反強四極子秩序をTQされた[4, 5]。それが実現する系として提案されたf 2= 0.11 Kで示す[7]。また，比熱と電気抵抗率はTQ <配位系の電気四極子による近藤効果を確かめるたT < 2 Kの範囲でNFL的挙動を示し，四極子近藤格子

めに，5f 2 配位のU希薄系で実験的検証が試みられの可能性が指摘された[8]。私達は，Pr間の相互作用[1] G. R. Stewart, Rev. Mod. Phys. 56, 755 (1984).
[2] G. R. Stewart, Rev. Mod. Phys. 73, 797 (2001).
[3] P. Nozières and A. Brandin, J. Phys. (Paris) 41, 193 (1980).
[4] P. D. Sacramento and P. Schlottmann, Phys. Rev. B 43, 13 294 (1991).

[5] I. Aﬄeck and A.W.W. Ludwig, Phys. Rev. B 48, 7297 (1993).
[6] D. L. Cox and A. Zawadowski, Adv. Phys. 47, 599 (1998).
[7] T. Onimaru et al., Phys. Rev. Lett. 106, 177001 (2011).
[8] T. Onimaru et al., Phys. Rev. B 94, 075134 (2016).

今 号の研 究 成 果

Pr単サイトの効果であり，しかも同じ起源によることを示している[10]。さらに，赤の実線で示すとおり，
Cm/Tは-lnT，Δρは√T に比 例 する。これらの 温 度依存性は，上に述べた単サイトの四極子近藤効果の理論予測[3]と一致する。
図4に，x = 0.044の[100]方 向 の 磁 場B ≤ 12 TにおけるSm の温度変化を示す。磁場B ≥ 4 TでのSm(T)
図2 非磁性YIr2Zn20 のYを少量のPrで置換したPr希薄系Y(Pr)Ir2Zn20

は，いずれもT < 1 Kでほぼゼロとなる。この振る舞いは，実線で示すように，結晶場とゼーマン効果をを抑制した希薄系に着目し，単サイトの四極子近藤
効果の発現を期待した。具体的には，Zn自己フラックス法により作製したY(Pr)Ir2Zn20 単結晶の比熱と電気抵抗率を0.08 Kまで測定し，単サイトのNFL的挙動が発現するかを調べた[9-11]。
図3(a)に，Y1-xPrxIr2Zn20 (x ≤ 0.44)のρの変化量Δ
ρの温度変化を示す。ここで，NFL的挙動の特性温度T0 を磁気エントロピー Sm がRln2の75%に達する
温度とし[4]，横軸は温度TをT0で割った値とした。また，縦軸の値はT0での絶対値で規格化している。x ≤0.44の値は，0.5 < T/T0 < 3の範囲でxに依らず一つの曲線にのる。これは，黒丸で示したPrIr2Zn20 (x =1)の振る舞いとは大きく異なる。図3(b)に，Cm/Tを
T0 での値で割ったものを示す。Δρと同様に，0.5 <T/T0 < 3の範囲ですべてのデータが一つの曲線にのる。ΔρとCm/Tの温度変化が組成に依らず一つの特性温度でスケールされることは，両者の振る舞いが図3 Y1-xPrxIr2Zn20 の(a)電気抵抗率の変化量と(b)磁気比熱を温度で割ったCm/Tの温度変化[10]。いずれも特性温度T0 における値で割った量であり，横軸は規格化された温度T/T0 である。赤線は，四極子近藤効果の理論による温度変化[3]。

[9] Y. Yamane et al., Physica B 536, 40 (2018).
[10] Y. Yamane et al., Phys. Rev. Lett. 121, 077206 (2018).
[11] Y. Yamane et al., AIP Advances 8, 101338 (2018).

今 号の研 究 成 果63

図4 Pr希薄系(x = 0.044)の磁気エントロピーの温度変化[11]。磁場は[100]方向に12 Tまで印加した。実線は，結晶場とゼーマン効果を考慮した計算結果。

考慮した計算で再現できる。一方，B = 0のSm(T)が最低温の0.08 Kでも0.25Rln2程度に留まっていることは，ゼロ磁場での残留エントロピーの存在を示唆する[11]。この値が四極子近藤効果から期待される(1/2)Rln2よりも小さいことは，ランダムな元素置換による結晶場の乱れによって，残留エントロピーが部分的に消費されたためと考えられる。
本研究では，電気四極子が活性となるPr希薄系Y(Pr)Ir2Zn20 において単サイトのNFL的挙動を観測し，四極子近藤効果の可能性を提案した。今後，四極子感受率に対応する弾性定数の測定と，NMRや中性子散乱などの微視的プローブによる測定によって，四極子揺らぎが観測されれば，四極子近藤効果の検証が進むであろう。

64

今 号の研 究 成 果

研究会等報告

共催シンポジウム(物理学会秋季大会)の報告
楠瀬博明

明治大学理工学部教授

同志社大学京田辺キャンパスで開催された日本物理学会秋季大会（2018.9.9-12)にて，初日の午後に本
新学術領域の共催による「拡張多極子が拓くスピン
軌道物性の新展開」シンポジウムが行われたので，その様子を報告する．
従来の局在多極子の枠を超えて「拡張された多極子 (Augmented Multipole)」という新概念を構築し，その概念に基づいて様々な物性を統一的かつ包括的に理解して新しい物性現象を産み出そうとする取り組
みは，本新学術領域の主軸の1つである．本領域が発足して３年が経過し，このような試みに関して理論・実験の両面において重要な進展があり，分野を超えた波及効果も見られつつある．国内外からの急激な関心の高まりに応えて，これまでに得られた新しい知シンポジウムプログラム（地震により，登壇者変更：北大理 網塚 浩 → KEK 齋藤 開）

見を広く全国の学会員と共有し，拡張多極子の物理に関する興味と認識を深めていただくという目的で開が，いくつかの典型物質の例を用いて紹介された．

催された本シンポジウムは，直前の北海道大地震や続いて，拡張多極子研究の転機となった磁気秩序

大型台風による学会参加者のキャンセル等があった

下のUNi4Bにおける電流誘起磁化の観測について齋にも関わらず，収容人数３００名程度の大教室で立藤氏が報告した．当初，C01代表の網塚氏が講演する

ち見がでるほどの盛況ぶりで，その目的は概ね達成さ予定であったが地震の影響で参加が叶わず，齋藤氏れたといってよいであろう．また，拡張多極子に基づの講演となった．本領域が発足する以前から５年強

くスピン軌道物性というテーマに関する関心の高さにわたって実験の改良で苦節を忍んだ齋藤氏の講演は，主催者の予想を大きく上回るものであった．

は迫力があった．また，実験と理論との相互検証が進シンポジウムは領域代表の播磨氏による全体の趣旨
説明を皮切りに，まずは，速水氏が拡張多極子の概念

んだほか，電流誘起磁化を示す新たな物質も紹介され，今後の進展を期待させる内容であった．

について理論的な観点から整理を行った．多極子には

柳瀬氏は，磁気秩序による自発的な空間反転の破時空パリティの異なる４種があり，すべての電子自由れの概念と，群論を用いた分類方法および期待され度を拡張多極子で統一的かつ包括的に表現できるこる電磁応答について紹介した．また，同様の観点からと，拡張多極子が微視的に発現するための条件，およ超伝導相の分類学，対称性によって保護されたノード

び，活性な多極子と種々の交差相関物性との関係などについても議論した．周期系の運動量空間における

研究会報告

65

動量空間のベリー曲率を反映した量であるが，実空間の複雑な磁気構造と運動量空間のトポロジーを橋渡しする言語として，多極子が重要であることが強調された．
同物質に関して，中辻氏から異常ホール効果の他，ネルンスト効果ならびに磁気光学カー効果について報告がなされ，その制御方法について紹介があった．一様磁化を持たない反強磁性体におけるこのような物性は新たな物質機能創出の可能性を切りシンポジウム会場の様子拓くものであり，また，応用上も重要であることが強
調された．

66

多極子は，近年のベリー曲率を用いたモダンな電気新学術領域「ナノスピン変換科学」の領域代表であ分極の理解の延長線上にあり，今後重要となることがる大谷氏からは，磁気デバイス応用研究の一環として強調された．

進められているカイラル磁性体中のドメイン運動のダ

大串氏は，BaMn2As2 における磁気四極子秩序の可イナミクスについて紹介があった．また，中辻グルー

能性を電磁応答の観点から議論するとともに，今後のプとの共同研究が，Mn3Snの物性の理解を深めてい研究において重要となるドメインの空間分布についることやドメイン制御に関するアイデアに貢献していて，第２高調波発生の干渉効果を用いた観測例を紹ることが紹介され，分野横断的な共同研究の重要性介した．

を象徴している．

休憩をはさみ，本領域と関連の深い常磁性金属Te

以上のように，拡張多極子の概念は多くの実例をにおける電流誘起磁化の報告が，伊藤氏からなされ持って整備されつつあり，特異な物性の整理，理解とた．これは，バルク物質におけるEdelstein効果を観新しい現象の発見に今後も役立っていくものと思われ測した初めての例であり，運動量空間における多極る．登壇者には若手と中堅の顔ぶれが多くみられ，本子と密接な関係があることから，本領域の進展にとっ新学術領域が目指す世代交代と若手育成の成果がても重要な示唆を与えてくれる典型例となろう．

徐々に現れてきているようだ．反省すべき点として，

次に，Mn3Snで発見された自発磁化を持たない非

少し専門性が高い話題であったことや会場が広すぎ

共線的磁気構造下で生じる異常ホール効果についたことなどもあり，質問は若干少なめであった．本領て，磁気八極子を用いた理論的解釈が鈴木氏によっ

域で得られた果実をより広い分野へ十分に浸透させて紹介された．これは，副格子自由度を用いたクラるためにも，非専門家へのたゆまない啓蒙活動が重スター多極子の典型例である．異常ホール効果は運要であろう．

研究会報告12th Joint Research Meeting of MEXT National Projects on Condensed-Matter Science

第12回 物性科学領域横断研究会
領域合同研究会報告石田憲二

京都大学 大学院理学研究科教授

2018年11月30日(金)‐12月1日(土) の 二 日 間 にわたり、奈良先端科学技術大学院大学、ミレニアム(東北大学 折茂 慎一 H30-H34年度)の8課題です。

ホールにて、第12回物性科学領域横断研究会 領域

当新学術からは播磨代表が趣旨説明、網塚さんが合同研究会が開催されました。この研究会の趣旨を「拡張多極子秩序系における電流磁気応答の観測」、

少し説明いたしますと、その年に採択されている物

中辻さんが「多極子で制御するワイル磁性体の室温性科学に関連した新学術領域研究が合同で開催す量子物性」で、それぞれのグループが精力的に取りる研究会で、各領域の研究内容を専門外の研究者や組んでいる研究内容が紹介されました。講演内容に

大学院生に対して解説し、領域間のシナジー効果をついては本Newsletterにも紹介記事(Vol. 2：網塚さ高めると共に、物性科学のホットな話題を2日間で概ん、Vol. 4: 中辻さん)がありますので、詳細はそちら説することを目的とした研究会です。秋光先生・福山をご覧ください。福山先生の専門に近いこともあり、先生の御尽力の元始まった本研究会も今年度で第活発な議論が行われました。

12回を数えています。

本会議にはポスターセッションがあり、当新学術

今年度参加の新学術領域研究を紹介すると、から18件の発表(全体79件)がありました。このポス

ナノスピン変換科学

ター発表には、大学院生・若手研究者の研究を奨励(東京大学 大谷 義近 H26-H30年度)

し、人材育成を目的とした物性科学領域横断研究会

高次複合光応答分子システムの開拓と学理の構築

ポスター賞(全6件)が授与されます。20名の審査員(大阪大学 宮坂 博 H26-H30年度)で審査され、当新学術領域から下記の3名が受賞し３Ｄ活性サイト科学 −ドーパント 界面構造ました。

ナノ構造体の3Ｄ原子構造と物質デザイン−◆ 猪崎優喜 (電通大) 「強スピン軌道結合系に(奈良先端科学技術 大門 寛 H26-H30年度)
トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア(京都大学 川上 則雄 H27-H31年度)
J-Physics：多極子伝導系の物理おける異常なゼーマン効果の理論」◆ 星 和久(首都大) 「BiCh2 系超伝導体
LaO0.5F0.5BiSSeにおける電気抵抗面内異方性」◆ 飯村翔馬 (埼玉大理工) 「半金属的伝導バンド(神戸大学 播磨 尚朝 H27-H31年度)

構造を持つ近藤格子の超伝導発現機構」

複合アニオン化合物の創製と新機能

3名の方、おめでとうございます。当研究領域の研(京都大学 陰山 洋 H28-32年度)

究内容が、他領域の審査員の先生からも高評価を受

次世代物質探索のための離散幾何学

けたことは喜ばしいことです。個人的には、懇談会の(東北大学 小谷 元子 H29-H33年度)

冒頭に紹介のあった副賞の豪華さに驚きました。(奈ハイドロジェノミクス：高次水素機能による良の地酒大吟醸4合瓶と、秋光先生お気に入りの写革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成

真家による仏像の写真セット)

来年度の研究会に

研究会報告

67

網塚氏

中辻氏

福山先生
秋光夫妻と水口夫妻

は、私の研究室の学生にも是非頑張ってもらいたい

計画班代表の中辻さん、青木さんもおられます。水と思いました。

口さんの受賞題目は、「層状ビスマス硫化物超伝導

また本研究会では、第13回 凝縮系科学賞の授賞式

体の発見」で、受賞理由は「ビスマスと硫黄の層を持も行われ、実験部門では計画研究D01班の水口佳一

つ臨界温度Tc が6 Kの新超伝導体を発見したこと、そさんが受賞されました。(理論部門は名古屋大の川﨑

して層間に別のものを挟むことでTc を10.6 Kに引き猛史さん) この賞は、秋光・福山両先生が「我が国上げ層状ビスマス硫化物が新たな超伝導群となるこの物質科学の健全なる発展」を支える将来を担う若とを示したこと、またd電子を持たないビスマスが超手を発掘すること、また物心両面から支援することを伝導の主役になったことで既存の遷移金属にはない

願って2006年創設されました。授賞式に先立ち審査

新たな展開が見られていること」となっています。水

方針の紹介がありましたが、「研究業績概要および論

口さん、本当におめでとうございます。

文の内容を専門の近い複数の委員が精査し、審査員受賞の後の講演では、自身の経歴の紹介があり、全員で審査を行う。審査項目は研究業績の分野にお超伝導物質の発見を夢見、博士課程で研究室を変えける位置づけ、方法論の正しさ・適確さ、研究内容のたことの紹介もなされていました。また自身がカルコ質の高さ、波及効果、などで、これらの内容が論文中

ゲン元素を愛するあまり、お子さんにカルコゲン元素に客観的かつ公正に表現されていることを重視す

由来の名前を付けていることを紹介されていました。

る。
」であり、研究者群自らが自前で創設した賞です。

「水口さん、お嬢ちゃんには金属元素の名前の方に(次年度申請を考えている人は審査方針を参考にしては注意した方がいいですよ。とくに鉄君とか」下さい。) また歴代の受賞者の中には、本新学術の受賞者の方々。左から、星さん、水口さん、1 人おいて、飯村さん、猪崎さん。
真ん中は、いつになくご満悦な播磨代表。懇談会の会場にて ( 2018 年 11月 30 日撮影 )

68

研究会報告

Ｄ０１：強相関多極子物質の開発

第13回凝縮系科学賞を受賞して
水口佳一

首都大学東京 物理学科

准教授

J-PhysicsではBiやPbなどの重金属を含むカルコゲ

発および機構解明に関する研究が進められており、非ナイド超伝導体の探索を進めています。そのきっかけ

従来型超伝導機構を示唆する結果や超伝導と伝導層となったのは2012年に発見したBiS2 系層状超伝導体内の異常な乱れ（おそらくBiの孤立電子対に起因する[1,2]です。この度、「層状ビスマス硫化物超伝導体の構造乱れ）の相関も観測されており、BiS2 系特有の新発見」の業績に対して、第13回凝縮系科学賞を受賞さしい物理と化学を楽しみつつ研究を進めています。させていただきました。大変栄誉ある賞を受賞させていらに、BiS2 系では高い熱電性能が観測され、またスピ

ただき、研究を支えてくださった共同研究者の皆様、ン材料としての可能性が示唆されており、多機能性層

また研究成果を評価してくださった選考委員の先生方状物質としてもさらなる展開が期待できます。最近、に、心より感謝申し上げます。本稿では、受賞理由と

JPSJにてBiS2 系特集号（超伝導・熱電に関する実験となったBiS2 系超伝導体発見の経緯と本物質系の面白理論のレビュー論文を10報掲載予定）を企画し、私自さについて簡単に紹介させていただきます。

身も物質バリエーションを網羅したレビュー論文を執

私は修士課程まではバナジウム酸化物の研究を行い、博士課程では鉄系超伝導体の研究を行いました。

筆いたしました。興味をお持ちの方はぜひご一読ください。

2011年に首都大の助教に着任し、これまでと全く異なBiS2 系超伝導体発見に対して凝縮系科学賞をいた

る超伝導体の探索を行いたいと思い、Bi系超伝導体のだき、私自身もBiS2 系超伝導体発見とこれまでの研究探索を行いました。そのきっかけは、BiOCuSという半を振り返りました。探索開始当時は単なる思い付き

導体にCu欠損を導入させることで超伝導になるというだったのかもしれませんが、銅や鉄などの遷移金属を報告[3]でした。私もBiOCu1-xSを合成しましたが、バル含まない超伝導体の探索に踏み出したことは、大きなクな超伝導は観測されませんでした。思い切って4元一歩だったと思います。博士課程にて鉄系超伝導の系から一つ元素を減らし、3元系（Bi-O-S）の探索に舵

フィーバーを経験した直後だったため、誰も研究をしを切りました。データベースでBi-O-Sの物質を探索すていない分野を開拓することがリスキーだということ

ると、Bi2O2SやBi2O2(SO4)など多様な層状物質の存在も考えましたが、誰も見たことのない新奇な超伝導体がわかりました。その時に「Bi-O-S系層状超伝導体がへの興味が勝った結果だったと思います。新物質探索ありそうだ」と感じたのを覚えています。探索の結果、は挑戦的な研究ですが、その分、達成時の喜びと評価

新規物質であるBi4O4S3 超伝導体の発見に至りましたは大きいです。大学院生や駆け出しの若手研究者の[1]。結晶構造解析とバンド計算から、BiS2 層を伝導層みなさまには、ぜひ新しいことに挑戦していただきたとした層状超伝導体であることがわかりました。そのいと思います。

後、BiS2 層と様々なブロック層（絶縁層）を交互積層させることで、La(O,F)BiS2 のような超伝導体を数多く合成することができました[2]。その後に世界中で物質開[1] Y. Mizuguchi et al., Phys. Rev. B 86, 220510 (2012).
[2] Y. Mizuguchi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 81, 114725 (2012).
[3] A. Ubaldini et al., Physica C 470, S356 (2010).

受賞

69

研究会等報告International Workshop on
j-fermion Physics and Materials 会議報告
井澤公一

大阪大学大学院基礎工学研究科教授

2018年12月4日 か ら6日 ま で の3日 間 に わ たりする建物です．スコットランドのグラスゴー大学の建ニュージーランドのダニーデンにあるオタゴ大学で物がモデルになっているというその建物は，黒い玄International Workshop on j-fermion Physics and武岩と白いオアマル産の石灰岩からなるツートンのMaterialsが開催されました．ニュージーランドといデザインが特徴で，その美しい概観が印象的でしえば，ロード・オブ・ザ・リングに出てくるような大自た．キャンパス内にはそのような歴史的建造物だけ然を思い描く方がおられる（少なくともうちの秘書さでなく，モダンな建物も多数あります．ワークショッ

んはそう想像していたようです）と思いますが，開催

プで 使 用したOtago Business Schoolの 建 物 は，そ地ダニーデンは，それとは随分異なる趣のある街でのモダンな部類の建物で，中央部に広大な吹き抜け

した．南島南東部に位置するダニーデンは，1860年の空間があり，その空間の周りに隣接してセミナー

代に巻き起こったゴールドラッシュにより急速に発展

室等の部屋がいくつも並んでいます．ワークショップした街で，スコットランドからの入植者が中心となっでは，それらのうち，セミナー室一室を会場として使て開拓が進められたため，その街並みにスコットラい，吹き抜けの空間でコーヒーブレークおよび昼食

ンドの面影が強く残っていることが特徴として挙げら

タイムを過ごしました．

れます．その街にあるニュージーランドで最も古く歴

ワークショップは，日本から14名，ニュージーラン

史ある大学が，今回の会場であるオタゴ大学です．

ドから8名，オーストラリア，台湾から各1名の参加の1869年に設立された同大学では，ちょうど150周年

もと，超伝導に関する講演を中心としたプログラム

記念のイベントを控えているためか，150と記されたにそって進められました．ここでは，そのなかから領旗がキャンパスの至る所に掲げられていました．そ域外の講演を中心に紹介させていただきます．

のキャンパス内でひときわ目立っているのがクロック

初 日 は，Brydon氏（University of Otago）によるタワー・ビルディングと呼ばれるダニーデンを代表

オープ ニング に つ づき，同 氏 による ” Surprises intime-reversal symmetry-breaking multiband
superconductors” と題した講演がありました．準粒子の低エネルギー励起に由来するBogoliubovフェ
ルミ面の議論が印象的でした．解釈にも依りますが，
実験との整合性が気になるところです．その後，藤本氏（大 阪 大）による講 演 ” Nematicity and Chirality
in odd-parity superconductors with strong spinorbit coupling”，続いて矢野氏（NSRRC）による講演” Taiwanʼ s cold triple axis spectrometer in OPAL

クロックタワー・ビルディング

70

研究会報告

reactor, ANSTO” がありました．実験装置の詳細や会議の様子．セッションとセッションの間には，コーヒーを飲みながらのじっくり議論がなされていました．

それで得られたデータの説明を聞き，領域内で中性

earth nitrides” では，SmNやSmN/GdN superlattice

子散乱の実験をされている方々にとっての新たな共における超伝導が紹介され，磁気モーメントによる対同研究先になりうるグループ・施設として可能性が破壊効果や超伝導の起源が議論されました．午後かあるように思いました．午後の楠瀬氏（明治大）によらは，大槻氏（岡山大）による講演 ” Recent progress

る 講 演 ” Peculiar superconductivity with orbitalon dynamical mean-ﬁeld calculations of multidegrees of freedom” で は，mass-imbalanced superpole ordering”，および小林氏（岡山大）による講演

conductivityをはじめとした 軌 道自由度 が 重 要 な” Chemical doping and superconductivity in bis

超伝導が議論されました．続いて橘高氏（物性研）

muth compounds” の若手による2件の講演がありによる講 演 ” Thermodynamic study of S2RuO4 : Iden

ました．その後，Coﬀee & Discussionをはさみ，井澤

tiﬁcation of the superconducting gap structure” が（大 阪 大）による講 演 ” Low temperature quasi parありました．その後，Coﬀee & Discussionをはさみ，ticle transport in U-based unconventional super

谷 垣 氏（東 北 大）による講 演 ” Itinerant antiferro

conductors”，網 塚 氏（北 海 道 大）による講 演 ” Elemagnetic BaMn2Pn2 showing both negative andctric-current induced magnetization in augmented-

positive large magnetoresistance”，工藤氏（岡山大）

multipole ordered systems”，播磨氏（神戸大）によによる講演 ” Superconductivity in hexagonal BaPtAs

る講 演 ” Ordered state with a combination of 5f andwith an ordered honeycomb network”，秋 光 氏（岡6d electrons in URu2Si2” という順で領域の研究者に山大）による講演 ” Trial to carrier-doping in Sr2IrO4よる講演がありました．

/Ba2IrO4” という順で領域の研究者による講演が続きました．

3日目は，Powell氏（The University of Queensland）
により” Spin molecular-orbital coupling” と題し た

2日目は，Rachel氏（University of Melbourne）により講演が行われました．この講演では，（N回対称性を” Two-dimensional topological superconductivityもつ）分子やナノ構造を扱う際，それを構成する原and quantum design of Majorana fermions” と題し

子 のspin-orbit couplingの 線 形 結 合 で は なくspin

た講演があり，2次元超伝導島に渦がある場合の島

molecular orbital coupling (SMOC)を考える必要がの端でのマヨラナ状態の安定性とコンダクタンスのあることが 述 べられ，Mo 3S 7(dmit) 3 を 例 に SMOC

量 子 化 の 関 係 が 論じられました．その 後，池 田 氏に 基 づ く議 論 が な さ れ まし た．続 い てSöhnel氏（立命館大）による講演 ” First-principles analysis of（University of Auckland）による講演 ” Perfect Frust

heavy-electron superconductors” が行われました．

ration? ‒ Structure and geometrically frustrated

続くRuck氏（Victoria University of Wellington）に

magnetism of layered oxide-cluster compounds”，

よる講演 ” Inﬂuence of orbital and spin states on

野 原 氏（岡 山 大）による 講 演 ” Exploration of newtransport properties and superconductivity in rarematerials with conducting j-fermions”，坂 井 氏（兵

研究会報告

71

庫県立大）による講演 ” Field-induced spin nema

会議が増えることを期待します．

tic phases in low-dimensional quantum antiferro
magnets”，Jeschke氏（岡 山 大）による 講 演 ” Spin

番外編

liquids in hyperkagome and pyrochlore materials”

ワークショップ終了直前に振り返ってみたところ，があり，最後に播磨領域代表によるClosing remarks

折角ニュージーランドまで来たのに「ニュージーラン

にてワークショップは成功裏に終わりました．

ド（南半球）ならでは」というのに出会すことがほとんどなかったことに気付きました．真面目にワーク
ショップに参加した揺るぎない証拠かと思いますが，，報告記事を書く立場としては，折角なので読者の皆さんにも「ならでは」というものをお見せできな
いかと思い，すべてのプログラムが終わった後にその様な素材を探してみることにしました．結論からいうと，いろいろと検討はしたのですが，思いつきで始めた上に時間が限られていたこともあり，残念ながらこれという素材をみつけるにまでは至りませんでした．
「な ら で は」と 思 える も の として，た とえ ば，

72

今回，ニュージーランドでのワークショップという

ニュージーランドでは「南風が冷たい」という事実がことで，これまであまり交流のなかったニュージーラ

あります．しかし，これはさすがに紙面上でお見せす

ンドの研究者との交流の場をもつ貴重な機会を得る

ることは出来ません．論外です．また，「夏なのにオ

ことができました．加えて，今回のワークショップでリオン座が見える，そしてそれは逆さを向いている」，

は，Tea & Discussion あるい はCoﬀee & Discussion「月のウサギも逆さを向いている」，「お昼には太陽と称して，セッションの間の休憩時間が十分にとられが北にある」など，（見た者にとっては）それなりにていたのが良かったように思います．最近，ワーク

インパクトのある風景があります．これらはどれもわ

ショップ，研究会というと，非常に多くのテーマを非

かりやすいのでアリかもしれませんが，仮にそれら常にタイトなスケジュールで扱うことになりがちですを写真に撮って掲載しても，北半球で撮影した写真

が，このような時間的余裕が充実したワークショップ

を逆さまにするなどして掲載したのと区別が付かなにつながったのではないかと思います．実際，参加いでしょう．そもそも滞在期間中は天気が悪く，月す者の皆さんは飲み物を飲みながらじっくり議論をすら見ることは出来ていないので，残念ながらボツ．

るなどして，有意義な時間を過ごすことができたのならば「南十字星」はどうか？これはまさに「ならでではないかと思います．今後もこの様な余裕のあるは」です．しかも運よく最終日の夜にかろうじてでは

研究会報告

ありますが，肉眼では見ることができました！しかし，は牧場はなく，全く足を踏み入れていないので報告

暗すぎてスマホのカメラでは写らず，ボツ．見えていの素材としては適さないでしょう．．．そんなわけで，たのに，残念の一言．屋外がダメなら，ということ「ならでは」は，次の機会（あればですが）までの楽で，渦が北半球と比べ逆に回転するか，ホテルの洗しみにしていただくとして，今回は，スマホで位置情面台で実験を試みました．しかし，洗面台の形状，

報 を 表 示している画 面 キャプ チャーとWorkshop

水の量など条件が合わなかったのか，全く渦が見え

Dinnerで行った，セント・クレアからの景色を番外ず，即ボツ．個人的には，空港から市街地までの間編報告としたいと思います．

で撮影した「広大な牧場にいる羊の群れ」というのがそれらしいと思えました．しかし，北海道大学某A教授によると「帯広の風景と何ら変わらない」とのこと．実際，同教授の講演冒頭で北海道とニュージー
ランドの風景を並べ，どちらがニュージーランドかというクイズを出されていましたが，地元の人でも悩んでなかなか選べないという始末．そもそも今回は車の中から牧場を見ただけで，ダニーデンの街中に確かに (?) 南半球です！

セント・クレアからの眺め．この先には南極大陸があるハズ・・・

研究会報告

73

研究会等報告

J-Physics: Tropical Topical meeting
会議報告
神戸

振作

日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター

はじめに

研究主席

reviewをしていただきました。

この研究会は１２月１３−１４日に琉球大学５０周年

これまではLöhneysen教授の研究に代表される磁記念会館で開催され、３５名の参加者がありました。

気転移の量子臨界現象が精力的に研究されていまし

琉大の與儀さんと私でオーガナイズさせていただきたが、最近、価数転移の量子臨界現象も注目されてました。播磨代表に“TopicalではなくTropical meeting

います。ここでは価数転移量子臨界現象の理論（阪大としていいですが？” と尋ねたところ、“それでもいい

三宅）、価数揺動とその量子臨界現象の実験（阪大 竹

けどTropical Topicalがいいのでは” となり会議名が内、琉大 大貫）、Sm系の磁場に強い重い電子系状態

決まりました。実際、会議中の沖縄は気温が20℃以の理論（琉大 椎名）の発表がありました。量子臨界点上になり、本当にTropical なムードのmeeting になに近いSm, Eu, Yb 系の物性はCe系とはかなり異なっりました。この研究会は、独立した２つの主題で構成たものであることが明らかになってきているようです。

されました。初日はKITのvon Löhneysen教授をお迎

一方、強磁性超伝導体URhGeやUCoGeでのIsing

えして量子臨界現象研究の最近の発展について、２的なTricritical転移点付近での量子臨界現象と超伝

日目は琉大が発信した新しいスキルミオン系である

導の関係は、新しい量子臨界現象として注目されて

EuPtSiの物性について集中的に議論しました。

います。その動的揺らぎに関するNMR実験（原子力機 構 徳 永）、巨 視 的 物 性とFermi面（東 北 大 青 木）の２つの発表がありました。つい最近、URhGeと似た結晶構造を持つUTe2 でも超伝導が見出され、強磁性揺らぎに起因すると考えられています。今後の展開が楽しみです。

２日目 カイラル磁性体EuPtSiの電子物性
この日はさながら “今日は１日 EuPtSiざんまい” となり、私のイントロを含めて11件の口頭発表がありました。物質開発（琉大 大貫）から始まり、巨視的物性

74

初日 量子臨界研究の最近の発展（琉大 垣花）、中性子（原子力機構 金子）、共鳴X線

７件の口頭発表がありました。重い電子系の量子（京大 田端）、メスバウアー（東北大 本間）、NMR・μ

臨界現象は、von LöhneysenグループのCeCu6-xAux

SR（原子力機構 比嘉）、精密磁化測定（東大 榊原）系の研究がいままでの発展の先駆けとなりました。

と未発表の最新の成果も含めて、EuPtSiに関する実その後もvon Löhneysen教授は精力的に研究を続験結果をまとめて一挙に聞くことができて大いに理けられており、今回はご自身の研究の発展に関する解が深まりました。スキルミオン相があることは間違

研究会報告

いないようですが、詳細な同定にはまだまだ色々な違った沖縄銘菓が並びました。サーターアンダギー

実験をやる必要があるようです。今後の研究の進展も絶妙に揚がった厳選されたものでおもわず幾つもが楽しみです。

食べてしまいました。マドレーヌがあったので、“こ早大の望月さんには、最近のスキルミオン研究のれって沖縄銘菓？” と聞いたところ與儀さんのお母様

動向について広範囲の主題を手際よくまとめていたの手作りとのこと、まさに “沖縄銘菓” だと納得しまだきました。また、名工大の大原さんには、カイラル

した。

磁性体の物理の本質について的を得た発表をしてい懇親会は、２日目夕に琉大に程近い沖縄料理店でただきました。この２つの講演のおかげで今後の開かれました。沖縄風の角部屋の開放的な大広間で

EuPtSi研究指針がより明確になったと思います。最琉球料理、泡盛を十分堪能しました。三線による沖後に、播磨代表にまとめていただきました。

縄民謡の演奏もあり、大いに盛り上がりました。また
von Löhneysen先生にうんちくあるディナースピーチ
もいただきました。私は２３時頃に失礼しましたが、その後も盛り上がっていたようです。南国の夜は長いのでした。

まとめ
今回の研究会では、主題を一つの化合物EuPtSiに絞って集中的に議論しました。このような形式の研究会も研究進展のある局面では有効だと思いました。また、f 電子系の量子臨界現象も２０年以上研
ポスター発表究の歴史がありますが、まだまだ、これからも新た

ポスター発表は2日目の午後に行われ、14件の発な研究主題が現れてくると思いました。２つの主題

表がありました。若い方の発表を中心に質の高い発の今後の発展が楽しみです。

表が多いセッションになり、議論も大いに盛り上がり

今回は、琉球大の皆様に大変お世話になりましました。今回は時間の制約上、口頭発表は招待講演た。與儀、仲間、辺土さんをはじめ、学生さんにもだけだったので、大変良い発表もポスターになって色々とお手伝いいただきました。紙面を借りて厚くおしまったことを反省しております。

礼申し上げます。

コーヒーブレーク・懇親会
コーヒーブレークでは與儀さんこだわりの毎回

研究会報告

75

J-Physics 2018

Multidimensional entropy landscape ofquantum criticality
Hilbert v. Löhneysen
Karlsruhe Institute of Technology, 76131 Karlsruhe, Germany

It was a great privilege and pleasure for me to be

zero with a vertical tangent.

invited by Prof. Hisatomo Harima, spokesperson of the

The stress dependence of S along the three principal

program J-Physics: Physics of Conductive Multipole

directions i (i = a, b, c) of the orthorhombic crystal

Systems, and Prof. Yoshichika Ōnuki, professor at thestructure (neglecting the minute monoclinic distortion

University of the Ryukyus, to participate in the Tropicalwhich does not affect the magnetic quantum criticality,

Topical Meeting on “Recent topics related with

as we showed recently [2]), is directly obtained fromquantum critical phenomena” in Okinawa on

measurements of the linear thermal-expansion

December 13-14, 2018 and give a lecture on recent

coefficients:

advances in quantum criticality of correlated materials

76

αi = Li-1 (∂L i /∂T) = ∂εi /∂T = – V -1 (∂S/∂σi )(1)

as briefly summarized in the following.

where ε I and σ I are strain and stress (uniaxial

Application of stress to and the resultant strain in apressure), respectively, along the i direction. For

system are important parameters to tune aanisotropic systems such as CeCu6-xAux, it is useful toheavy-fermion metal – by virtue of the competition

consider, besides the hydrostatic pressure which canbetween Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida interaction

p=p
be written in three-dimensional stress space as →and Kondo effect which both depend on the exchange(1,1,1) for systems of orthorhombic or higher crystal

interaction J between localized 4f or 5f moments andsymmetry, the so-called pure shear stresses σ→(lm) = σ→l -conduction electrons – to a quantum critical point

σl · →
σ m = 0 for l ≠ m with l,m ∈ {a, b, c}. By
σ→m with →(QCP) where the transition temperature of aσ (lm) are orthogonal
definition, the pure shear stresses →second-order transition between a long-range ordered

σ (lm) are indicatedto p→. In Fig. 1, the directions of p→ and →antiferromagnet and a Pauli paramagnet becomesas blue arrows. Of course, the effect of pure shear

zero. Often, hydrostatic pressure is used as a tuningstress on the entropy can be obtained from theparameter. We recently found [1] that for the canonicalmeasured σI and calculated from Eq. (1). Fig. 1 shows,quantum-critical heavy-fermion system CeCu6-xAux withas a result of this analysis, the steepest descentx = 0.1, an anisotropic stress component, a so-calledof S(σ→) , i. e., ★S = (∂S/∂σa , ∂S/∂σb , ∂S/∂σc ). Whilepure shear stress in addition to hydrostatic pressure,→provides the most efficient way to tune the system to a

criticality as shown experimentally in a number ofquantum-critical point. It is important to realize that,studies (see [3] and references therein), it is notalthough the entropy S has to go to zero at a quantum

parallel to ★S. Rather, the additional application ofcritical point, S can be quite large at finite albeit small

σ (ca) produces the steepest gradientpure shear stress →temperatures and, as a matter of fact, can plunge toof ★S.

研究会報告

p definitely drives the system towards quantum

It is particularly noteworthy that the anisotropic pureFig. 1. Pictorial illustration of the anisotropic stress dependenceof the entropy S. The red arrow represents the stress combi
nation leading to the steepest slope of S aiming at the QCP.
For all perpendicular stress directions, ∂S/∂σ vanishes. The blue
arrow indicates the hydrostatic pressure p→. The blue plane
perpendicular to p→ represents the possible pure-shear-stresscombinations (thinner blue arrows for an orthorhombic Cartesiansystem σ→( i j ) ). As shown by the dashed red lines, S has ahydrostatic component and one which is nearly parallel to σ→(ca). On
the other hand, the pure shear stress σ→(c b) is approximately
perpendicular to S. Accordingly, the corresponding Grüneisen
Parameter Γ(cb) ≡ Γc – Γb does not diverge at low T. “Tuning” thesystem along directions orthogonal to the steepest slope S will
leave the distance to the QCP unchanged. This coincidence
should not be misinterpreted as indicating Fermi-liquid behavior
for that particular stress combination.

σ (ca) which is instrumental in driving theshear stress →material to a QCP, can be related to the anisotropy ofquantum-critical fluctuations observed by inelastic
neutron scattering [4] which for CeCu5.9Au0.1 can beviewed as one-dimensional features in reciprocal
space [Fig. 2 (left)], corresponding to planes in real
space. Fig. 2 (left) depicts those planes. Although thisfinding constitutes one of the first examples of a direct
link between macroscopic and microscopic featuresnear quantum criticality, further work, including aderivation of the band structure of this complex strongly
correlated material, is necessary to arrive at a fullunderstanding of quantum criticality in this material.
In conclusion, taking full account of the anisotropy ofFig. 2. Left : Dynamic correlations (x = 0.1, ħω = 0.1 meV, T < 100 mK, open circles) and magnetic Bragg peaks (x = 0.2 – 1) in thereciprocal ac plane of CeCu6-xAux. The vertical and horizontal bars indicate the linewidth for x = 0.1. The four rods are related by theorthorhombic symmetry (space group Pnma). Here we ignore a small monoclinic distortion (< 1°) at low temperatures. The open triangles for
x = 0.2 represent short-range ordering peaks. Note that the correct a*:c* aspect ratio has been taken into account even though the axes arelabeled in reciprocal-lattice units (rlu). The inset shows a resolution-limited magnetic Bragg peak for x = 0.2 at T = 50 mK [elastic scan at(1.375 0 l)].
Right : Illustration of the effect of the pure shear stress σ→(ca) in the ac plane on the two-dimensional critical spin fluctuations of CeCu5.9Au0.1.
The elongation of the c axis together with the reduction of the a axis leads to a tilting of the planes of critical fluctuations against each other.

研究会報告

77

Fig. 3. Visit to Shuri Castle with
Prof Ōnuki and his wife, and Prof. Miyake.

CeCu6-xAux near quantum criticality by introducing
stress along the different crystallographic directions
acting as different tuning parameters to derive theentropy landscape, is just the first step towards a
multidimensional entropy landscape. As a further
perspective, we note that this might entail discovery ofdifferent routes to quantum criticality in the spirit of a

intrigued by the cultural and historic aspects of my firstmultidimensional (or “global” ) phase diagram ofvisit to Okinawa. On Wednesday, December 12, Prof.

quantum criticality.

Ōnuki and his wife took Prof. Miyake and me to

The talks by K. Miyake, T. Takeuchi, Y. Ōnuki, Y.

Senaga Island where we met their son Toshio who is

Tokunaga, and D. Aoki on Thursday, December 13

professor for German history at the University ofreported new interesting developments in the field of

Okayama and his wife and daughter, and had aquantum criticality. Of course, it was a challenge for medelicious lunch together with a nice conversation (partly

to follow the talks on Friday since they were allin German). We then visited Shuri Castle which was adelivered in Japanese. Nonetheless, because the talks

true highlight. I was impressed by the reconstruction of

focused on the newly discovered skyrmion-lattice

the castle and I learned a lot about the history ofmaterial EuPtSi with the same space group as the

Okinawa. The visit to Shuri castle included a traditionalarchetypal skyrmion system MnSi and the verytea ceremony. In order to get more of the “island

informative viewgraphs were mostly in English, I was

feeling” being on Okinawa, I tried to spot a beach onable to follow the presentations. As a reward, I enjoyedSaturday, December 15. I was lucky to find a beautiful

a superb Japanese conference banquet.

beach in Nakagusuku close to Yoshinoura Park, just a

Besides the visit to the Faculty of Science of the

one-hour walk from the university guest house. In

University of the Ryukyus which included an extended

conclusion, I wish to thank J-Physics and Prof. Harimalab tour of Prof. Ōnuki’ s group and scientific

for financial support and Prof. Ōnuki and his wife fordiscussions with Prof. Ōnuki and Prof. Shiina, I was

their truly remarkable and memorable hospitality.

[1] K. Grube, S. Zaum, O. Stockert, Q. Si, H. v. Löhneysen, Multidimensional entropy landscape of quantum criticality, Nature Phys. 13, 742 (2017).
[2] K. Grube, L. Pintschovius, F. Weber, J. P. Castellan, S. Zaum, S. Kuntz, P. Schweiss, O. Stockert, S. Bachus, Y. Shimura, V. Fritsch, H. v.
Löhneysen, Magnetic and structural quantum phase transitions in CeCu6−xAux are independent, Phys. Rev. Lett. 121, 087203 (2018).
[3] A. Hamann, O. Stockert, V. Fritsch, K. Grube, A. Schneidewind, H. v. Löhneysen, Evolution of the magnetic structure in CeCu5.5Au0.5 underpressure towards quantum criticality, Phys. Rev. Lett. 110, 096404 (2013)[4] O. Stockert, H. v. Löhneysen, A. Rosch, N. Pyka, M. Loewenhaupt, Two-dimensional fluctuations at the quantum-critical point of
CeCu6-xAux, Phys. Rev. Lett. 80, 5627 (1998)

78

研究会報告

研究会等報告

J-Physics トピカルミーティング「拡張多極子研究の進展と展望」に参加して髙阪勇輔

岡山大学 異分野基礎科学研究所

特任助教

世間ではインフルエンザが猛威を振るう中、2019(図1) を行い、同日の最後に、播磨氏によるURu2Si2

年1月21〜22日 にJ-Physics トピ カ ルミー ティングの隠れた秩序に関する発表があった後、J-Physicsの「拡張多極子研究の進展と展望」が明治大学・駿河最終年度に向けての説明がありトピカルミーティン

台キャンパス・グローバルフロントで開催された。

グの全プログラムは終了した。

個人的な話になるが、私は大学生時代の部活動とまた、21日に開催された懇談会は、駿河台キャン

して英語ディベートに熱中していた。当時、東日本でパス内にあるリバティータワーの最上階である23階開催されたディベート大会は交通の便の良い明治大で開催された。窓からは東京タワーを含めた東京の学・駿河台キャンパスで開催されることが多く、足繁夜景を一望することが出来、なかなか出来ない貴重

く通った場所である。17年ぶりに御茶ノ水駅・水橋

な体験をすることが出来た。

口を出て明治大学へ向かうと、当時の面影が十分にこのような素敵な研究会を開催することが出来た

残っておりとても懐かしい感情に襲われた。トピカルのは、楠瀬氏による会場確保といった粘り強い交渉

ミーティングの会場であるグローバルフロントは、当があったからであることは間違いない。しかし、楠瀬

時、11号館と呼ばれた建物があり、数々のディベート

氏が研究会当日にインフルエンザで欠席することにの名勝負が繰り広げられた聖地でもあった。不本意なったのは本人にとって無念であったことは容易にな 結 果で 涙した 先 輩 の 引 退 試 合も11号 館 だった

想像できる。この原稿を執筆している頃には既に回

なぁ…と全く研究と関係の無いことに思いを巡らせ復されていると私は信じているが、この場をかりて感ながら、最近、グローバルフロントとして建て替えら謝申し上げ、筆を置くことにする。

れた会場に到着した。
トピカルミーティングは、網塚氏による研究会の主旨説明及び金属反強磁性体における電気磁気効果に関する発表から開始された。研究会はほぼプログ
ラム通り進行したが、21日に楠瀬氏の講演が急遽キャンセルされた関係上、そのスロットで速水氏が代わりに発 表した。元々、速 水 氏 は22日に講 演 があったので、21日と22日に計2回、異なる内容でプ
レゼンテーションを行ったことになる。また、筆者(髙阪) も最近得られた研究成果を発表した。大学卒

図1

研究会の参加者による記念撮影

業から10 年以上経過して、想い出の地で再びプレゼ
ンテーションすることになるとは夢にも思わなかった事態である。22日の昼食前に参加者による記念撮影

研究会報告

79

Ｄ０１：強相関多極子物質の開発

岡本佳比古さんサー・マーティン・ウッド賞受賞
野原実

岡山大学異分野基礎科学研究所教授

公募研究メンバーである名古屋大学の岡本佳比

岡本さんならではの研究手法が、高性能熱電材料

古さんが、ミレニアム・サイエンス・フォーラム主催

Ta4SiTe4 [1] とノーダルライン半金属CaAgPとCaAgAsの第20回サー・マーティン・ウッド賞を受賞されま[2,3] の開発を例にして、活き活きと語られました。

した。
「機能性電子相の創出」の研究業績が高く評価

岡本さんは、これまでにも、スピン液体状態を示されたものです。2018年11月9日 (金) に受賞式と記すハイパーカゴメ物質Na4Ir3O8 [4] やカゴメ反強磁念講演が東京都内のホテル椿山荘で行われ、駐日英性体BaCu3V2O8(OH)2 [5]などの革新的な物質を次々国大使館のキノシタ公使参事官より賞状とメダルがと開発してきました。これらの物質開発は、固体化学

授与されました。岡本さんには、英国各地の大学への知見に基づいて、特異な結晶構造とスピン間の相の講演旅行の機会が与えられるそうです。こころよ互作用を実現したものといえます。名古屋大学では、り、お祝い申し上げます。

若手の理論家たちとも協力して、電子構造の知見もミレニアム・サイエンス・フォーラムは1999年3月取り入れた物質開発を進めたことが、新しい電気伝に日英の科学技術交流のために創設されたもので、導相の創出につながったのだと思います。現代的なその活動のひとつにサー・マーティン・ウッド賞があ

物質開発の方法論にさらに磨きをかけ、さらに新しります。広い意味の凝縮系科学の分野において優れい電子相を見出されるよう、今後のご活躍を期待した業績をあげた40歳以下の若手研究者が対象です。

ます。

例年は、半蔵門にある駐日英国大使館で受賞式が行
われています。サー・マーティン・ウッドは、この賞のサポーターである英国科学機器メーカー、オック
スフォード・インストゥルメンツの創業者で、毎年、講演旅行の機会に、受賞者をご自宅にお招きしているとのことです。
記念講演では、“Exploration of Novel Physical
Properties and Functions of Transition Metal
Compounds Based on the Unique Electronic andCrystal Structure” と題して、結晶構造とバンド構造のデータベースを駆使して新物質を開発するという、[1] T. Inohara, Y. Okamoto, Y. Yamakawa, A. Yamakage, and K. Takenaka, Appl. Phys. Lett. 110, 183901 (2017).
[2] Y. Okamoto, T. Inohara, A. Yamakage, Y. Yamakawa, and K. Takenaka, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 123701 (2016).
[3] A. Yamakage, Y. Yamakawa, Y. Tanaka, and Y. Okamoto, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 013708 (2016).
[4] Y. Okamoto, M. Nohara, H. Aruga-Katori, and H. Takagi, Phys. Rev. Lett. 99, 137207 (2007).
[5] Y. Okamoto, Y. Yoshida, and Z. Hiroi, J. Phys. Soc. Jpn. 78, 033701 (2009).

80

受賞Ｄ０１：空間反転対称性を「破る」5d電子系の新物質開拓

第20回サー・マーティン・ウッド賞を受賞して
岡本佳比古

名古屋大学大学院工学研究科

准教授

このたび、第20回サー・マーティン・ウッド賞を

熱 電 変 換 材 料、ノーダ ルライン半 金 属、新 超伝導受賞いたしましたので、謹んでご報告申し上げます。

体、金属絶縁体転移物質、幾何学的フラストレート

サー・マーティン・ウッド賞は、オックスフォード・イ

磁性体といった、様々な興味深い電子物性・革新的

ンストゥルメンツ株式会社より寄せられた寄附金をな電子機能を示す候補物質を見出すことができまし

基に、凝縮系科学の分野で業績を挙げた日本の研た。ここでは、第一原理計算データベースと結晶構究機関に所属する40歳以下の若手研究者を表彰す

造データベースがそれぞれ役立った例として、新しるもので、20年にわたる歴史のある賞です。過去のい熱電変換材料の候補物質と幾何学的フラストレー

受賞者を見渡すと正に錚々たる顔ぶれであり、私がト系物質の開拓について紹介します。

このリストに名を連ねることは全くもって役不足でし熱電冷却（ペルチェ冷却）は固体中の電子の熱輸かありません。しかし、このような栄誉ある賞をいた送を用いたヒートポンプであり、全固体の冷却技術

だけることになったことについては、大変嬉しく、光として期待されています。しかし、既存の熱電変換材

栄に思っております。このたびの受賞では、私が大料を用いた素子の性能が他の冷却技術と比べて低学院生であったころから現在に至るまで、17年にわく、現状では室温付近における限られた実用に留またり行ってきた物質開拓研究を評価していただきまります。我々は、第一原理計算のデータベースを用した。学位取得時の指導教員である髙木英典先生、

いて高性能な新材料となりうる物質をサーベイし、

野原実先生をはじめとする、多くの方々にこの場を

Ta4SiTe4 に辿り着きました。この物質はこれまで熱電借りて深く感謝申し上げます。

変換材料として研究されたことはありませんでした

受賞の対象となった研究課題は、「特徴的な電子が、針状試料を合成し、熱起電力と電気抵抗率を測構造・結晶構造に着目した遷移金属化合物の物性・定したところ、100-200 Kにおいて- 400 μV K-1 を超機能開拓」です。銅酸化物や鉄系の高温超伝導体のえる大きな負の熱起電力と約2 mΩ cmの低い電気発見に代表されるように、新奇な電子物性や電子機抵抗率を示しました。この結果は、Ta4SiTe4 が低温領能を示すd電子系物質の発見は、固体物理学の新時域で実用水準を超える高い熱電変換性能をもつこと

代を拓き続けてきたといってよいと思います。そのを意味します。このような低温における高い性能は、ような新奇物質の発見を目指して、私はこれまで一この物質が「スピン軌道ギャップが開いた一次元貫して遷移金属化合物の物質開拓を行ってきましディラック電子系」といえる特徴的な電子構造をもつた。物質開拓において私が頼りとしてきたツールのことに起因していると考えられており、同様の特徴を一つが、結晶構造や第一原理計算などのデータベー

もつ物質の開拓により、さらなる高性能材料が実現スです。各種のデータベースを駆使することで得らすると期待されます。この研究は、私が現在所属すれる結晶構造と電子構造に関する膨大な情報を固る名 古 屋 大 学 工 学 研 究 科 竹 中 研 究 室 の 皆 様と、

体 化 学 の 知 識 に 基 づ いて整 理 する、それ により、

J-Physicsにて私が代表者を務める公募研究におい受賞

81

て連携研究者をされている名古屋大学理学研究科

こられたかというと、まだまだ不十分と思います。今の山川洋一・山影相両氏との共同研究により行われ後の研究で、何とかそのような物質を確立したいとました。

考えておりますので、今後ともご指導ご鞭撻のほど、

幾何学的フラストレート系の物質開拓は、大学院生だった頃から現在に至るまで途切れることなく行ってきた、私にとって長い付き合いとなった研究です。とりわけ、東京大学物性研究所廣井研究室にて助教を務めていたころ、最も集中して物質開拓に取り組みました。この研究が何から始まったかとい
うと、ハイパーカゴメNa4Ir3O8 に辿りつきます。私の修士論文の課題は先ほども述べた熱電変換材料の探索だったのですが、当時一世を風靡していた熱電変換材料候補NaxCoO2 の関連物質を調査する過程
で、Na4Ir3O8という物質において局在スピンがカゴ
メ格子の三次元版とも呼べる特徴的な格子を形成していることに気付きました。それ以来、結晶構造の特徴が電子物性の面白さや多彩さに直結する幾何学的フラストレート系の魅力にはまり、物質開拓を続けています。ベシニエイトBaCu3V2O8(OH)2 に代表されるカゴメ銅鉱物、J-Physicsのメンバーの皆さんにはおなじみの結晶構造をもつYMn2Zn20 やブリー
ジングパイロクロアLiInCr4O8 など、これまで物性が報告されていないまっさらな物質をいくつも研究する機会に恵まれました。特に、物性が未報告のフラストレート物質を合成し、初めて物性測定するときの楽しさは、なかなか得難いものです。
最後に、このように大変栄誉ある賞をいただくことができましたが、改めて自分の研究を振り返ると、「候補」でない、真に面白い電子物性を示す新物質
や革新的な電子機能を示す新材料を私が見出して82受賞

よろしくお願い申し上げます。

Ｙ００ J-Physics：多極子伝導系の物理の国際展開

海外派遣制度によるチューリッヒ滞在の報告
角田峻太郎

京都大学大学院理学研究科 博士後期課程2年

国際活動支援班「J-Physics：多極子伝導系の物理ませんが… )。Sigristさんは毎日かなりお忙しい様子の国際展開」からの援助を頂き、2018年5月31日かでしたが、それでも3回ほど、現在私が興味を持ってら6月21日まで の 約3週 間、ス イス 連 邦 工 科 大 学

いる多極子揺らぎに媒介される超伝導について議論

チューリッヒ校(ETH Zürich)のProf. Manfred Sigristに付き合って頂きました。スピン揺らぎ媒介超伝導の研究室に滞在しました。向こうのグループの方々とに造詣が深い方なので、非常に参考になるコメント

議論させて頂いたことをはじめ、現地での生活等にをいくつか頂けたと思います。ちなみに、Sigristさん

ついても報告します。

は物理の議論をするときは英語でしたが、それ以外

滞在先の研究室はHönggerbergという、丘の上にの日常会話は日本語で話してくださいました。だい建っているキャンパスにありました。ガラス張りの建ぶ忘れているとはおっしゃっていましたが、かなり流物で、居室もガラスの壁に囲まれていました。廊下

暢な日本語で驚きました。

から丸見えなので最初は落ち着きませんでしたが、Sigristさんの 他 には、ポスドクのDr. Fischerとも

慣れると適度な開放感と緊張感で、良い研究環境だ

議論させて頂きました。彼とは主に超伝導ギャップ

なと思いました。私の居室は建物の角にあったので構造の群論的・トポロジカル的分類についての話をベランダからの眺めも良く、またコーヒーメーカーがしました。私が興味ある候補物質の1つとして考えて

徒歩5秒のところにあり(1スイスフラン≒120円でいいたSrPtAsという超伝導体についての研究を彼も以つでもコーヒーが飲める)、行き詰まったときも気分

前行っていたためです。フランクな方で、私の拙い

転換がしやすかったです。

英会話にも笑顔で根気よく付き合ってくださってあり

現地では、まず最初に自分の研究紹介を兼ねてセがたく思いました。私の提案を「面白い」と言ってく

ミナーをさせて頂きました。参加者はさほど多くありれて、「もっと知りたいから君の論文教えてや！」とませんでしたが、発表を皆さん熱心に聞いてくれた

言って頂けたのは(英語がちゃんと伝わったことを含ように思います(発表の後でSigristさんに「ムズカシめて)非常に嬉しかったです。なお、このとき議論しイ〜」と言われたのでどこまで伝わっていたか分かりた内容を含む新しい論文を既に投稿済みですので、興味のある方がいれば是非ご覧ください[1]。今回の海外派遣の支援により研究が進み、このように論文にすることができたことを、この場を借りて感謝申し上げたいと思います。
6月のチューリッヒは京都に比べて湿度が低く、暑すぎず大変快適でした。チューリッヒ中央駅が滞在

居室からの景色。オンボロスマホで撮ったので綺麗に見えません
が良い眺めです。

[1] S. Sumita, T. Nomoto, K. Shiozaki, and Y. Yanase, arXiv:1811.08627.

滞在記

83

84

街中で撮れたスイス感満載の写真。

Uetliberg 山からの景色。チューリッヒ湖を一望。

していたアパートからトラムで10分程のところにあで登っている人たちも多くいましたが私には無理でり、付近にお店も多いためよく利用していました。交す)。頂上には展望塔があって、その上からはチュー

通整備が行き届いているのか、トラムもバスも混雑

リッヒ湖を一望できるのでなかなか壮観でした(右上することがほとんどなかったです。中央駅付近は人の写真)。

が多かったですが、治安も良く、初めての単身海外

別日にはそのチューリッヒ湖の北側を船で1時間だった私にとっても安心でした。道路を横断しようと程度周遊することもしました。船上で風を切るのはしていると車が絶対停まってくれるところにも、現地

涼しくて気持ち良かったです。湖で泳いでいる人たの人たちのマナーの良さを感じました。

ちも見かけましたが、まだ寒いのでは…と思いましチューリッヒはドイツ語圏ですが、基本的に英語がた(周辺にプール等がないので湖で泳ぐことが多い

通じるのでそこは安心でした。唯一困ったのは、スーらしい)。その後、かねてより食べたいと思っていたパーの商品がドイツ語表記なので見た目で判断できチーズフォンデュに挑戦。白ワインがたっぷり入ったない商品は何だか分からないことです。一度、シャン

チーズは非常に美味しかったのですが、一人で食べプーかなと思って買った商品がボディソープだったこるには 量 が 多 すぎました。カゴ 一 杯 の バゲットをともありました(髪が全然泡立たない… )。なお、後でやっと完食したと思ったら、まだチーズが残っていた調べるとシャンプーはドイツ語でもShampooなのでため店員さんが追加のバゲットを持ってきて死ぬか

実は迷う必要が無かったようです。

と思いました。ようやくチーズが無くなったかと思え

中央駅付近で気に入ったのは、Sprüngli (シュプリば、今度は鍋の底に残ったチーズの「おこげ」を取っングリ)というチョコレートとマカロンのお店です。どて皿の上に。店員さん、もう限界です(泣)。ちなみに

ちらもかなりの種類があって迷ってしまいますが、何人かにお土産で配ったチョコレートはどれも好評でし

後でこのことをSigristさんに話すと、「チーズフォン
・ ・・・
デュは冬にみんなで食べるもんだ。君は全部間違った。マカロンはLuxemburgerli (ルクセンブルゲリ)とてるよ」と言われました。

いうそうで、日持ちがしない上に店舗がスイスにしか3週間という長くはない期間でしたが、チューリッ

無いため是非食べておきたい商品とのこと(ネット情ヒでは充実した時間を過ごすことができました。英会

報)。私は5種類ほど違う味を買って食べましたが非話が得意でないこともあって当初はかなり不安だっ

常に美味しかったです。お土産にできないのが残念。

たのですが、行って良かったと思っています(英語発

休日には何回か観光に出かけました。気軽に行け

表も少しマシになりました)。ETHは研究者・環境共るくらいの距離にUetliberg山があったので登ってきにとても質の高いところだと感じたので、それを見習ました。登ったと言っても頂上付近まで電車で行くこ

いつつ機会があればまた訪問したいと思っています。

とができたので、実際には電車を降りて10分程整備もし、これから海外派遣を考えておられる方がいれされた道を歩くだけでした(麓からマウンテンバイク

ば、ETHも候補に入れてみることをお勧めします。

滞在記

Ｙ００ J-Physics：多極子伝導系の物理の国際展開

ドレスデン滞在記
藤井拓斗

兵庫県立大院 物質理学研究科

安岡弘志

MPI-CPfS (Dresden)
Visiting Professor

博士後期課程1年

Michael Baenitz

水戸

MPI-CPfS (Dresden)Group Leader

兵庫県立大院
物質理学研究科

毅
教授

J-Physics 若手研究者の国際相互派遣に採用して5ユーロ（650円程度）支払えば入場できるため、学

頂 き、ド イ ツ・ド レ ス デ ン のMax Planck Institute

生の方々が海外に行く際は、国際学生証を発行してChemical Physics for Solid(MPI-CPFS) の 核 磁 気 共

おくことをお勧めします。また、安岡先生ご夫妻には鳴（NMR）グル ープ に88日間 滞 在させて頂きまし

観光名所に連れて行って頂き、一人では見つけられた。このグループはPhysics Quantum Materialといなかった穴場にも行くことができました。食事に関しう8つ のグル ープ からなる分 野 のうちの 一 つ のグては、ドイツといえばソーセージにジャガイモにビー

ループで、メンバーはProf. Michael Baenitz先生とルといったイメージがありましたが、他にも多くの郷

安岡弘志先生、ポスドクの方が１人の３名で構成さ土料理などがあり、日本人の口に合うものが多いよ

れています。このような機会を頂きましたので、これうに感じました。さらに、滞在していた研究所のゲスまでの研究とは異なる視点、技術などを学べること

トハウスには共用のキッチンがあり、平日は基本的を期待し、挑みました。

にそこで自炊をしていました。研究所の近くにはスー

ここでは、派遣先での日常生活や研究生活についパーマーケットがあり、日本に比べて非常に安価にて述べ、今後、海外で研究される方などの参考にな

野菜や果物を購入できます。私と同様に短期的に滞れば幸いです。

在しているPhDやポスドクの方々とキッチンで世間話や研究の話をすることで、多くの方々と交流するこ

ドレスデンでの日常生活についてとができました。8月初旬にJ-Physicsのワークショッ

まず海外派遣の洗礼として、私の渡航は搭乗予定

プ がMax Planck Instituteにて開 催され た 際 に は、のフライトのキャンセル、機長のダブルブッキングでゲストハウスに多くの人が滞在されていたので、よりの遅延、度重なる不運により、フランクフルト空港で多くの交流する機会が得られました。

9時間ほどの足止めから始まりました。しかし、その状況下で状況を見知らぬ方々に聞いて回ったことで、研究生活について海外の方とコミュニケーションを取ることのハードル研究を進めるリズムとしては、週に２回程度、他が下がったように思います。

のグループのメンバーも含めたミーティングを行い、ドレスデンは、市街地には歴史的な建物が多く建今後どのようなデータが必要であるか、また他の実

ち並ぶ、情緒あふれる趣深さがある街です。博物館

験手法を用いて調べることで明らかにできることはなども多いため、休日にはそれらを巡るなどしていないかなどが話合われました。その後、実際に実験ました。博物館はどこも国際学生証を持っていれば、などを行い、再び議論するということを繰り返してい

滞在記

85

ました。私もその場で測定した結果をプレゼンテーに、再滞在にご尽力頂いた、Michael Baenitz先生、ションする機会を度々頂いたため、多くの人と議論

公私ともにお世話になりました安岡先生ご夫妻に感を行うことができ、英語でプレゼンテーションする練謝を申し上げます。

習にもなりました。私の滞在中の主な研究対象物質最後となりますが、J-Physics若手相互派遣の機会

は、ワイル半金属物質でしたが、そのミーティングでを頂き、大変貴重な体験をさせて頂いた、J-Physics

は、様々な物質研究が取り上げられ、議論されたた

播磨代表、藤教授、水戸教授、関係者の皆様、このめ、深くだけでなく、知識を広げることに役立ちまし

場をお借りしてお礼申し上げます。

た。さらに、今 回 の 滞 在 期 間 が、週 に 一 回 程 度 のペースでPhDやポスドク向けのセミナーが開かれる
セミナー期間であったため、主に物性理論の研究員の方々がバンド計算の手法などを基礎から説明してくださるセミナーに参加でき、有意義な時間を過ごせました。
実験の面では、安岡先生の下で物理については勿論、NMR測定技術と解析手法の指導を受けるという貴重な体験をさせて頂きました。研究グループで圧力下NMR測定の導入に関わり、圧力セル用のプロー
ブの作成を議論しながら行いました。私が、圧力セルのセットアップの方法についてポスドクの方に拙い英語で説明しても、根気よく聞いてくださり、圧力下実験の導入ができました。高圧に関する共同研究
では、他の主に圧力下実験を専門としているグループとの交流もでき、私の知っている圧力技術とは異なる部分も学ぶことができ、当初の目的であった、これまでとは異なる視点・技術を学ぶことを達成することができたように思います。

おわりに滞在を受け入れて頂き、今回の滞在中に行った研究について今後も共同研究として進めさせて頂くため

86

滞在記

写真：エルベ川沿いの彫刻前での写真。左から著者、安岡先生、
水戸教授

Ｙ００ J-Physics：多極子伝導系の物理の国際展開

My maiden visit to Japan for collaborative research
work and subsequently attending J-Physics 2018:
Summer School and International Workshop
Rajib Mondal
Post-doctoral Fellow, DCMP&MS, TIFR, Mumbai, India

Prof. A. Thamizhavel

Prof. Dai Aoki

DCMP&MS, TIFR,
Mumbai, India

IMR, Tohoku University,
Japan

I was very much delighted to get support fromwould Like to thank Prof. Dai Aoki for providing us

J-Physics for my first ever visit to Japan for asuch a wonderful local hospitality at the Tohoku

collaborative research work with Prof. Dai Aoki at

University guest house at Oarai, Japan. The last

IMR, Tohoku University, Oarai, Japan and topart of the program was to participate J-Physics

present some of our current research work in the

2018: Summer School and International Workshop

J-Physics 2018: Summer School and Internationalon New Materials and Crystal Growth, held at Awaji

Workshop on New Materials and Crystal Growth

Yumebutai International Conference Center during

held during June 24-30, 2018. During this visit I

June 24-30, 2018. I had the opportunity to

was along with my mentor Prof. Arumugam

experience Shinkansen travel to reach the venue.

Thamizhavel who delivered an invited talk on the

The scenic beauty and local environment of thevarious aspects of crystal growth and our current

venue for the workshop were awesome. Both theresearch work. The overall experience during myworkshop and summer school were very wellfirst visit was awesome. Since I had heard a lotorganized. The seminar delivered by eminent

about the beautiful places and soft spoken hard

physicists and scientists from all around the world

working people over there, I had always a dream toduring the summer school and workshop was very

visit Japan and my dream came true through thisrich. It was a great opportunity for me to gather andprogram. The first part of our visit started with thelearn very good physics about the growth of variety

collaborative research work extended by Prof. Dai

of single crystals and the richness and variety of

Aoki. We successfully performed de Haas-van

their physical properties. It was a nice platform for

Alphen (dHvA) experiments to map the Fermi

me to interact with the experts in my research area.

surface topology on the single crystalline WSi 2

It was my great experience to discuss with Prof. Y.

compound grown at TIFR, Mumbai, India. We had

Onuki regarding our dHvA data on WSi2 measured

very fruitful discussion with Prof. Dai Aoki and otherat IMR, Tohoku University, Japan. His expertise inlab. members on various aspects of dHvA effect.

that field enabled us to understand our data and he

The immense help and supports extended by Dr.

showed us various features which one should look

Nakamura-san, Dr. Honda-san, Dr. Arvind Maurya,

into while explaining the dHvA data. I enjoyed theMr. Sato-san are gratefully acknowledged. We

various lectures on J-physics: multipole physics,

滞在記

87

superconductivity, dHvA in high magnetic field,
Kondo effect in Ce-based compounds etc. During
the summer school and workshop, I havepresented our poster on the single crystal growthand various physical property studies of CeTAs2 (T= Cu, Ag). The part of the work presented during
the summer school and workshop has been
published in Physical Review B [1]. CeTAs 2 (T =Cu, Ag) have drawn much attention due to their
unusual structural and physical properties [2-3].
The single crystals of CeTAs 2 (T = Cu, Ag) weregrown using self-flux method with the help of Ag-As
and Cu-As binary eutectic composition as flux,
respectively. The single crystalline CeCuAs 2 isfound to crystallize in HfCuSi 2 type tetragonal
crystal structure, with space group P4/nmm (No.
129), whereas CeAgAs 2 does not crystallize inexactly HfCuSi2 type structure, rather it crystallizes
in the four-fold superstructure with a space group
Pmca (No. 57) which has been confirmed using
TEM diffraction pattern. CeAgAs2 orders
antiferromagnetically at 4.9 K (TN1 ) and 6 K (TN2 )whereas there is no indication of long range magnetic
ordering in CeCuAs2. The strong anisotropy in themagnetic properties of CeAgAs2 along the principal
crystallographic directions could be elucidated
using the crystalline electric field (CEF) model. The

Fig. 1: (a) Temperature variation of inverse magnetic susceptibility
as [1/(χ–χ0)] and fit to the CEF model of CeAgAs2. (b) Magnetization
isotherm at 2 K along three principal crystallographic directions.
(c) The 4f contribution of heat capacity of CeAgAs2 and fit to the
CEF model.

[1] R. Mondal, R. Bapat, S. K. Dhar, and A. Thamizhavel, Phys. Rev. B 98,115160 (2018).
[2] R. Demchyna. et al., Z. anorg. allg. Chem. 630, 635 (2004).
[3] M. Szlawska, D. Kaczorowski, J. Alloys Compd. 451, 464 (2008).

88

滞在記

analyses of CEF anisotropy in CeAgAs2 reveals theDresden, Prof. Dariusz Kaczorowski, Institute ofoccurrence of three doublets for Ce (J = 5/2). The

Low Temperature and Structure Research, Polishcorresponding energies of the three levels could

Academy of Sciences, Poland, Prof. Hisatomo

explain well the anisotropy observed in magnetic

Harima, Kobe University, Japan, Prof. Eric D.

isotherms at 2 K along principal crystallographic

Bauer, Los Alamos National Laboratory, U.S.A.,

directions and the Schottky anomaly in temperature

Prof. Tatsuma D. Matsuda, Tokyo Metropolitan

variation of specific heat data [Fig. 1(a)-(c)]. The

U n i v. , J a p a n , a n d s o o n , s t r e n g t h e n e d m ytemperature variation of electrical resistivity ofunderstanding in various phenomena in the field.

CeCuAs 2 reveals a Kondo semiconducting like

Finally, we returned back to TIFR, Mumbai, India,

behavior over all measured temperature range. The

on 1st July, 2018 with bagful of experiencetemperature dependence of electrical resistivity ofgathered during this visit. I will always cherish the

CeAgAs2 suggests that CeAgAs2 is a Kondo lattice

moment I have enjoyed with my Japanesesystem with two antiferromagnetic transitions in it.

collaborators and surely I will visit again to this nice

The discussion during the poster presentation withplace to meet the nice mind over there in near

experts like Prof. Christoph Geibel, MPI CPFS,

future. Arigatou Gozaimasu.

滞在記

89

Ａ０１：内殻角度分解光電子線二色性による多極子活性局在4ｆ電子構造の温度依存性解明

内殻光電子スペクトル線二色性による
強相関Sm化合物の基底4f 軌道対称性の決定金井惟奈

大阪大学基礎工学研究科 物質創成専攻 物性物理工学領域 関山研究室

関山

明

大貫

博士3年

惇睦

大阪大学
基礎工学研究科

琉球大学
理学部

自己紹介

Geo.1（緑点線）に比べ全体的に低結合エネルギー側に皆様こんにちは。この度はJ-Physics領域全体会議にてシフトしており、Γ71 を仮定したイオンモデル計算の線二ポスター賞に選んでいただき大変光栄です。初めに簡単

色性の実験配置依存性と傾向が一致しています。これにに自己紹介させていただきますと、私は宮崎県宮崎市出より、SmCu2Si2 のSm3+ 4f 基底状態がΓ71であり、4f電荷

身で大学で大阪に出てきました。大阪に来たばかりの頃

分布が先に報告しているYbCu2Si2[1]と同様の方向に伸は周りの関西弁が恐ろしかったものですが、人生の3分

びていることが明らかになりました。

の1を大阪で過ごすうちにすっかり慣れました。宮崎を出て、チキン南蛮は宮崎のもの以外認められないことを実感しました。学会等でお越しの際は是非ご賞味ください。
高校時代には、物理の先生に特にお世話になり、宮崎大
学との流体力学の実験や物理チャレンジへの参加など貴重な経験をさせていただきました。同時に自分の不器用さを思い知ることにもなりましたが、この頃の体験が今の私に繋がっています。
受賞した研究内容の紹介
我々は近年、内殻光電子スペクトル線二色性の観測によって、正方晶／立方晶化合物中の希土類イオンの4f基
底 状 態 の 決 定 が 可 能で あることを 報 告してきました[1-4]。この手法を用いることの利点の１つ、はSm3+ イオンのようにその4 f 電子の数ゆえに4f 電子電荷分布対称性が球形に近いものであっても、光電子放出方向の選択によりc軸周りの面内回転異方性を見分けられる点にあります。右 図 は、SPring-8 BL19LXUにて、a軸 が 電 子 の散乱面内に存在するGeometry(Geo.)1と、a軸が電子の散乱面内に存在しないGeo.2の２つの実験配置で測定したSm3+ 3d5/2 内 殻 光 電 子 ス ペクトルとそ の 線 二 色 性(Exp.)ならびにc軸周りに面内回転異方性を持つ2つの基底状態を仮定したイオンモデル計算(Sim.)の線二色性で す。実 験 結 果 の 線 二 色 性 はGeo.2（橙 実 線）の 方 が[1] T. Mori et al., J. Phys. Soc. Jpn. 83, 123702 (2014).
[2] Y. Kanai et al., J. Phys. Soc. Jpn. 84, 073705 (2015).
[3] S. Hamamoto et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 123703 (2017).

90

若手紹介

図 . SPring-8 BL19LXU にて測定した SmCu2Si2 の Sm3+ 3d5/2 内殻光電子スペクトルとその線二色性 (Exp.) ならびにΓ71、Γ72 基底状態をそれぞれ仮定したイオンモデル計算の線二色性 (Sim.)。

[4] H. Aratani et al., Phys. Rev. B 98, 121113(R) (2018).

Ｂ０１：非共型ジグザグ構造における特異な量子相の解明と探索

75

As-NQRによる

Ru1-xRhxAs超伝導相の研究
桑田祥希

神戸大学大学院理学研究科

小手川恒

神戸大学大学院
理学研究科

武田

圭生

室蘭工大

藤

秀樹

神戸大学大学院
理学研究科

菅原

仁

神戸大学大学院
理学研究科

神戸大学の藤さんと小手川さんの研究室で、試料作製

のみで超伝導が出るのか全然明確に答えられない…」とと高圧実験とNMR/NQRを修行中の桑田祥希M2です。

思う今日このごろですが、私の理解を上回るこの物質の今回は後半キックオフミーティングで発表したポスター

面白さが今回のポスター賞を与えてくれたのだと思いまの内容紹介と軽い自己紹介をさせていただきます。

す。聞きに来てくださった方々、研究に関わってくださったすべての方々に感謝いたします。ありがとうございまし

研究内容

た。

私はRu1-xRhxAsという物質の単結晶試料を作製し、超伝導相を含む電子状態をNQRで調べました。この超伝

自己紹介

導は、母物質のRuAsが持つ金属絶縁体相転移との関係

私は生まれてこのかた神戸を離れたことがなく生活圏に 興 味 が 持 た れています[1]。RuAsは、TM I1 = 250 Kとがとてもせまいです。なぜなら神戸大学が実家から徒歩

TM I2 = 200 Kでそれぞれ二次転移と一次転移を持ちます。

5分で通える、研究にはもってこいの環境だからです。家

絶縁相であるTM I2 以下では、結晶構造の低対称化（空間に帰って夕食を食べた後、研究室に戻って温度を変え、

群 : Pnma → P21/c）と共に超格子構造の形成が確認さまたプログラムを走らせることができます。健 康 的 にれており、非共型の縮退をバンドヤーンテラー的に解く

データが取れます。ありがたいです。趣味と呼べるようなことで絶縁体転移が起きると考えられています[2,3]。まものはありませんが、スポーツや旅行、大体なんでも好た基底状態は非磁性であるため、二次転移であるTMI1 にきです。普段の生活圏が狭い反動からか、ろくに準備もおける1/T1 の臨界発散は電気的な揺らぎを起源に持つ

せず思いつきで海外旅行に行ってしまうことも多いです。

と考えられます[3]。そのためTM I1 の消失する付近で現れまたこれは余談ですが、最近、我々の低温物性研究室でるRu1-xRhxAsの超伝導は、非磁性の量子揺らぎによっては筋トレが流行っており、JPhysicsのプログラムで滞在し誘起されているのではないかとも想像されました。私ている留学生のKhusboo Ranaさんを含め、ハードな研は、「試料もできたし、後は臨界点付近にゆらぎが残って究生活に耐えるべく肉体改造に取り組んでおります。ネ

いて、さらに1/T1 が変なべきで低温に落ちていったら完パール出身のKhusbooにクリケットも教えてもらいまし璧だ。磁気ゆらぎ以外のエキゾチックな超伝導の発見た。辛いカレーも食べられるようになりました。交流の場だ。」という淡い期待の下、測定を行いました。期待を裏を与えてくれたJPhysicsに感謝いたします。最近の研究切られるのが実験の面白さではありますが、測定の結では、面白い物質を当てるべく試料作製に励んでいま

果、超伝導相付近は通常金属のように振る舞い、コヒー

す。神戸大学の博士後期課程に進学するので、これからレンスピークを示すs波超伝導であることが分かりましもよろしくお願いします。

た。この結果は論文になっているので興味のある方はぜ
ひ読んでみてください[4]。しかし、「そもそもなぜRuAsが絶縁体にまでなってしまうのか、なぜ限られたドープ領域[1] D. Hirai et al., Phys. Rev. B 85, 140509(R) (2012).
[2] H. Goto et al., Physics Procedia 75, 91 (2015)[3] H. Kotegawa et al., Phys. Rev. Materials 2, 055001 (2018)[4] Y. Kuwata et al., JPSJ, 87, 073703 (2018)

若手紹介

91

Ｃ０１：拡張多極子による動的応答

局所的に空間反転対称性の破れた反強磁性体CeRu2Al10 における電流誘起磁化
高力暁成

北海道大学大学院理学院 物性物理学専攻

網塚浩

北海道大学大学院理学研究院教授

柳澤

博士前期課程 2年

達也

日高

北海道大学大学院理学研究院准教授

宏之

北海道大学大学院理学研究院
助教

北海道大学修士２年の高力暁成と申します。平成30による一様な磁化が誘起されることを示していました。

年度の領域全体会議にてポスター賞をいただくことがで

ポスターでは、系が空間反転対称性を破るような磁気点

き、非常に光栄に思います。ポスターはA4用紙を貼り付群にまで対称性を落としていると仮定し、もし磁気構造

ける形でしたので受賞はないだろうと思っていたのですの修正でその磁気点群対称性を再現するならどのようなが、名前を呼ばれたときはとても驚きました。内容の新構造をとればよいかという観点で発表しました。今ではしさが評価されたのかなという嬉しさもありつつ、これ磁気構造の修正だけでなく、結晶構造の微小な歪みなど

からへの励ましのメッセージとして受け止めております。

別の要因を考えなければ結果を説明できないということが分かってしまいましたが、何度も悩んで頭の中でスピ

自己紹介

ンをこねくり回したのは良い経験になったと思っていま

私は名古屋うまれの岐阜育ち、北海道には大学入学をす。自分のアイデアを生かして実験をしている時は、特に機に「ちょっと遠くに行ってみるのもアリか」と半分ノリやりがいを感じます。最近は電流誘起磁化を引き起こすで越してきました。家族、特に大好きな弟と会う機会が原因となる多極子が磁気四極子なのか、磁気トロイダル

だいぶ減ったので少しさみしいですが、充実した物理ラ

双極子なのかを特定するために、単一の試料におけるイフを送っています。親もたまにスキーや自転車旅行を

電流下磁化測定を行っています。測定のつど見えてくる

しにきて満喫しているようで何よりです。父親がフランスものもありますが、反強磁性転移を起こしていなくても人ですので、私は日仏のハーフです。大学に入ってから誘起磁化が見られたり、定量的な議論が難しかったりとはほとんどフランス語を話す機会がなくなってしまった

課題はまだまだ多いです。これからも様々な候補物質でため、会議などでフランス人の方を見かけるたびに少し同様の測定を行い、電流誘起磁化の結果に奇パリティのうきうきしています。フランス東部のJURA地方でとれる多極子がどのように関わってくるのか明らかにしていき

サヴァニャンという可愛らしい名前のぶどうを使った白・たいと思っています。どうぞよろしくお願いいたします。

黄ワインが絶品ですので、立ち寄った際はぜひコンテ
チーズとともに召し上がってみてください。À la bonnetienne!
研究内容
近藤半導体CeRu2Al10 を舞台に電流誘起磁化（電気磁気効果）の検証実験を行っています。電気磁気効は空間・時間反転対称性の双方が破れていないと発現しませんが、CeRu2Al10 はTN = 27 Kの反強磁性転移後も空間反転対称性が破れていません[1]。しかし実験結果は電流[1] D. D. Khalyavin et al., Phys. Rev. B 82, 100405(R) (2010).

92

若手紹介

A01: 内殻角度分解光電子線二色性による多極子活性局在4ｆ電子構造の温度依存性解明

硬X線内殻光電子線二色性による多極子秩序状態の観測濵本

諭

大阪大学大学院 基礎工学研究科

関山

D1

明

大阪大学大学院
基礎工学研究科

この度は、J-Physics領域全体会議にてポスター賞にの観測を試みています。今後はさらに高次の多極子に対選出していただき大変光栄に思います。初めに簡単に自して内殻LDがどのような応答をするのかを精査し、多極己紹介した後に、研究内容について触れさせていただき

子秩序へのプローブとしての有用性を探っていきたいとます。出身は兵庫県姫路市の秋祭りが盛んなところで、考えています。

毎年祭りの時期となると遠方にいても仕事を休んで帰っ以上に自己紹介と現在取り組んでいる研究について述てくる、そんな祭り好きがたくさんいるところです。世界べました。浅学な身ではありますが、J-Physicsでの研究

遺産の姫路城は数年前に保存修理が終わったところで、活動を通して研究者として成長していきたいと考えてい白鷺城の愛称に違わない美しさを誇っていますので、ぜます。どうぞよろしくお願いいたします。

ひ一度お越しになってみてください。私は生まれてこの方、一度も兵庫県を脱出したことがありませんでしたが、2016年に兵庫県立大学理学部を卒業した後、大阪大学
基礎工学研究科へ進学し、大阪の荒波に揉まれながら
日々研究活動に取り組んでいます。
我々は、直線偏光を利用した硬X線内殻光電子線二色性(Linear Dichroism : LD)を用いて、希土類化合物の4f軌道対称性の観測が可能であることを示してきました[1-4]。この実験手法を未だ4 f 軌道対称性が分かっていない系へ適用することはもちろんのことですが、それだ
けでなく多極子秩序状態のように相転移が生じた系に対して適用することで秩序状態を特徴づける秩序変数の情報を引き出すことができないかと考えています。四極子
や八極子などの高次多極子の秩序に適用する前に、磁気双極子の秩序である磁性でLDにどのような変化が生じるのかを調べるために、立方晶PrB6 [5,6]の常磁性相と非整合反強磁性相においてLDの観測を行ったところ、相転移前後にて僅かに異なるLDを見出しました(右図)。この結果は磁気双極子が内殻光電子放出に寄与することでは変則的なことと思いますが、磁場印加条件にてLD

図 . T =30 K( 常磁性相 ) と 5 K( 非整合反強磁性相 ) における Pr 3+
3d 5/2 内殻光電子スペクトル ( 上部 ) と LD( 下部 )。LD は p 偏光でのスペクトル強度 I p と s 偏光でのスペクトル強度 I s の差 I s −I p と定義しています。比較のためにΓ5 状態のイオン模型に対するスペ
クトル計算による LD を示しています。

[1] T. Mori et al., J. Phys. Soc. Jpn. 83, 123702 (2014).
[2] Y. Kanai et al., J. Phys. Soc. Jpn. 84, 073705 (2015).
[3] S. Hamamoto et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 123703 (2017).

[4] H. Aratani et al., Phys. Rev. B 98, 121113(R) (2018).
[5] S. Kobayashi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 70, 1721 (2001).
[6] M. Loewenhaupt and M. Prager, Z. Phys. B 62, 195 (1986).

を示唆しています。現在、LDを用いて磁性による 4f 電子状態の変化をより明瞭に観測するために、光電子分光

若手紹介

93

Ａ０１：局在多極子と伝導電子の相関効果「ワイル反強磁性体Mn 3Snにおける巨大な磁気光学カー効果と
拡張磁気八極子ドメインの直接観測」
肥後

東京大学物性研究所

是常隆

東北大学理学研究科
准教授

鈴木

J-physics平成30年度領域全体会議＠東北大学 ポスター発表より

友也

通人

東北大学金属材料研究所
准教授

特任研究員

有田

亮太郎

東京大学工学系研究科
教授

はじめに

Muhammad Ikhlas

中辻

東京大学物性研究所
博士課程１年

東京大学物性研究所
教授

知を観測することを目的に実験を行いました。

東大物性研特任研究員の肥後友也と申します。現在はCREST中辻チーム (中辻研・大谷研・有田研) に所属し

結果て、近年応用上の利点から注目を集めている反強磁性体

Mn3Snの非共線スピン構造は、拡張磁気八極子が強を用いた熱電発電素子や不揮発性メモリなどのデバイ的に秩序しており、時間反転対称性が巨視的に破れた状ス開発を目指した新奇物性開拓を行っています。この度態であると理解されていますが[3]、反強磁性ドメインのは2018年5月24日~26日に東北大学で開催された領域

反転に伴うカー効果の応答を調べたところ、室温で強磁全体会議において、ポスター賞をいただきました。この性体に匹敵するほど大きなカー回転角を観測しました。

場をお借りして、受賞対象の研究について簡単に説明さまた、カー回転角の波長依存性についての実験と第一原せていただきます。

理計算との比較から、この巨大なカー効果の起源が磁気八極子秩序であることを確認するとともに、カー顕微鏡

背景を用いた観察により、磁気八極子を持つ反強磁性ドメイ

磁気光学カー効果は、直線偏光した光を磁性体に照射

ンの反転に伴うコントラストの変化をイメージングするこした際に反射光の偏光面が回転する現象です。この効果とに世界で初めて成功しました[4]。今回観測した磁気八は、光磁気ディスク等の磁気光学素子の原理であるほか、

極子ドメイン由来のコントラストは、巨大な異常ホール

磁気特性などの基礎物性や磁気ドメインを非破壊・非接効果や異常ネルンスト効果の起源である仮想磁場の向触で測定する手段として広く用いられています。一般に、

きにも対応していると考えられ、Mn3Sn等の反強磁性体

カー効果はマクロな磁化とスピン軌道相互作用により生が持つ磁気八極子由来の巨大応答を用いたデバイス開じるとされ、強磁性体やフェリ磁性体において研究されて発の上で、本結果は非常に有用な評価手段を示しましいましたが、磁化がゼロの反強磁性体ではその検出が困た。

難であると考えられていました。しかし、研究の進展により、カー効果は異常ホール効果と同様の対称性の議論がおわりに可能であり、つまり、時間反転対称性が巨視的に破れ、多極子に関する最先端の物理に出会えるJ-Physicsは、有限のベリー曲率を運動量空間に有する系では、磁化を多極子物理の応用を目指す私にとって欠かすことの出来持たない反強磁性体においても巨大な磁気光学カー効ない場となっています。発表や懇親会で議論して下さっ果が現れることが理論的に明らかになってきました[1]。

た皆様にこの場をお借りして深くお礼申し上げます。ま我々は反強磁性体において初めて異常ホール効果がた、中辻知教授をはじめとする本研究の共同研究者の皆観測された非共線スピンを持つ反強磁性体Mn3Sn[2]に様、私を快くこの領域へ送り出してくださった大谷義近教

着目して、巨大な磁気光学カー効果や反強磁性ドメイン

授に深く感謝いたします。

[1] H. Chen, Q. Niu, and A. H. MacDonald, Phys. Rev. Lett. 112, 017205 (2014); W. Feng et al., Phys. Rev. B 92, 144426 (2015).
[2] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, and T. Higo, Nature 527, 212 (2015); 中辻知, J-Physics NEWS LETTER 4, 12 (2017).
[3] M.-T. Suzuki, T. Koretsune, M. Ochi, and R. Arita, Phys. Rev. B 95, 094406 (2017); 鈴木通人, J-Physics NEWS LETTER 4, 6 (2017).
[4] T. Higo, H. Man, D. B. Gopman, L. Wu, T. Koretsune, O. M. J. van ʼ t Erve, Y. P. Kabanov, D. Rees, Y. Li, M.-T. Suzuki, S. Patankar,
M. Ikhlas, C. L. Chien, R. Arita, R. D. Shull, J. Orenstein, and S. Nakatsuji, Nat. Photon. 12, 73 (2018).

94

若手紹介

Ｄ０１：強相関多極子物質の開発

淡路島サマースクールと国際会議に参加して
山本

鬼丸

孝博

広島大学大学院
先端物理学研究科 教授

山田

理香子

広島大学大学院 先端物質科学研究科

博士課程前期1年

怜志

志村広島大学大学院先端物理学研究科 博士課程前期

山根悠

広島大学大学院先端物理学研究科 博士課程後期

恭通

広島大学大学院
先端物理学研究科 助教

梅尾和則

広島大学自然科学研究
支援開発センター 准教授

高畠敏郎

広島大学大学院
先端物理学研究科 特任教授

2018年6月24日から30日の期間に淡路夢舞台国際会

して，磁気的な短距離相関の発達や伝導バンドとΓ6 二

議場で開催された，国際若手サマースクールと新物質と重項によるc-f 混成の効果が考えられます。今後は中性結晶育成に関する国際会議に参加しました。この6日間

子回折による磁気構造の同定や反強磁性に対する元素

は，日頃の実験や授業を離れて，多極子や超伝導，試料

置換効果を調べ，ρやS m で観測した異常な振る舞いの作製に関する基礎から最先端の研究まで，様々なことを起源を明らかにしたいと考えています。

学ぶことができました。国際会議のポスターセッションで今回のサマースクールと国際会議では，研究に関するは，「単結晶NdT 2Zn20 (T = Co, Rh)における結晶場基底

議論はもちろん，研究室での面白いエピソードや研究の状態と反強磁性秩序」について発表し，最優秀ポスター

裏話（苦労話？）をお聞きする機会もたくさんありまし賞に選出して頂きました。参加者の皆さんから多くの質た。また，同年代の学生の方々が研究に励んでいる様子

問とアドバイスを頂き，自身の研究についてじっくりと考は，私自身の研究に対するモチベーションをさらに上げえる良い機会になったと思います。

るきっかけになったと思います。このような会を運営して私が着目しているカゴ状構造をもつNd 1-2-20系はくださいました先生方，選考委員の方々，参加者の皆様

4 f 配位のNd がその磁性を担っており，基底Γ6 二重項に深く感謝いたします。また，ポスター賞を頂けたのは，における磁気的な2チャンネル近藤効果が発現すること

広島大学の鬼丸孝博先生をはじめ，磁性物理学研究室

が理論的に提案されています[1]。本研究の対象物質での方々のご指導のおかげです。この場を借りてお礼申し

あるNdT 2Zn20 (T = Co, Rh)では，物性報告のある同型の

上げます。

3

3+

反強磁性体NdIr2Zn20[2]よりも格子定数が小さくなるた

ちなみに，ポスター賞の記念品としていぶし瓦でできめ，Ndを囲むZnのカゴが収縮し，伝導電子とf 電子とのた，鬼瓦の文鎮を頂きました。現在はデスクに鎮座して，混成(c-f 混成)が強まることが期待されます。T = Co, Rh

私がサボっていないか睨みを利かせています。今後も，の磁気転移は2 Kまで観測されていなかったため，単結

この鬼瓦に見守られながら日々の研究に邁進してまいり

晶試料を作製し，低温の物性について調べました[3]。磁たいと思います。

気比熱C m は15 K付近で山をもち，この山は結晶場基底状態をΓ6 二重項としたショットキー比熱として説明できます。また，図に示すように，C m /T はT = Co, Rhのそれ
ぞれでT N = 0.53, 0.94 Kでピークを示します。このピーク
は磁場とともに低温側へシフトすることから，反強磁性
秩序を示唆します。一方，T N での磁気エントロピー S m
は基底Γ6 二重項から期待されるRln2の半分程度です。
また，T N 以上で S m は消費されており，同じ温度領域で電気抵抗率ρは上凸の振る舞いを示します。この原因と図. NdT2Zn20 (T = Co, Rh, Ir)の磁気比熱 [3]。

[1] T. Hotta, J. Phys. Soc. Jpn. 86, 083704 (2017).
[2] Y.Yamane et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 054708 (2017).
[3] R. Yamamoto et al., J. Phys. Soc. Jpn., in press.

若手紹介

95

Poster Award in J-Physics 2018

Magnetotransport measurement anddetermination of Fermi surface throughquantum oscillation
Yajian Hu
Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong, PhD student

96

Prof. Swee K. Goh

Dr. Kwing To Lai

Prof. Jun Yi Zhu

Dr. Chia Nung Kuo

Prof. Chin-Shan Lue

Department of Physics,
CUHK, Hong Kong

Department of Physics,
CUHK, Hong Kong

Department of Physics,
CUHK, Hong Kong

Department of Physics, National
Cheng Kung University, Taiwan

Department of Physics, National
Cheng Kung University, Taiwan

I am a PhD student in Prof. Swee K. Goh’ s group atadditional hole pocket centred at the Γ point of the

The Chinese University of Hong Kong. My research

Brillouin zone. Second, there is a large energy gap

mainly focuses on the transport measurements of

between the band formed by Sc d states and Sb p

superconductors and topological semimetals. Together

states near the X-point of the Brillouin zone. Thus, bandwith applying hydrostatic pressure, we can tune theinversion is absent.

electronic structure and explore rich phases andI n t h e p o s t e r, I p r e s e n t e d t h e M R a n d t h ephenomena of the materials. In June 2018, I attended

Shubnikov–de Haas (SdH) oscillations of single

the Summer School & International Workshop on New

crystalline ScSb. The XMR, field-induced upturn andMaterials and Crystal Growth at Awaji, and presented a

resistivity plateau were clearly observed in ScSb, which

poster about the rare-earth monopnictide ScSb.

can be well explained by the semi-classical two-bandRare-earth monopnictides RX (R = rare-earth, X = Sb,model. From SdH frequencies, we can extract the crossBi) are one of the systems in the rapidly expanded classsectional area of the Fermi surface. By rotating theof topological semimetals. These materials havemagnetic field, we can get the information of volume

attracted intensive investigations because of theirand shape. Thus, the Fermi surface topology can be

nontrivial electronic topology, intrinsic magnetotransport

determined with the support from density functional

properties and potential technological applications. One

theory (DFT) calculations. Figure1 shows the FFTof the unique features is the non-saturating andspectrums of SdH oscillations, the angular

extremely large magnetoresistance (XMR). The

dependence of frequencies and corresponding Fermi

measurement of these materials supported by asurfaces.

thorough electronic structure investigation can enrichDespite the key differences in the band structure, MR

the understanding of their transport properties andcurves of ScSb are remarkably similar to the cases

beyond.

where nontrivial topological states have been asserted.

Among the RX family, LaBi has been proposed to be a

Furthermore, our SdH oscillations detect all Fermi

topologically nontrivial semimetal [1]. It exhibits several

surface pockets predicted by calculations. Therefore,

intriguing magnetotransport properties: (i) a large,

ScSb serves as a useful reference compound in which

non-saturating MR, (ii) a field-induced upturn

the bulk Fermi surface topology is fully determined toin the temperature dependence of resistivity, and (iii) a

distill the essential ingredients responsible for the

resistivity plateau at high field and low temperature. In

interesting magnetotransport properties in rare-earth

other isostructural compounds, YSb or LaSb [2,3],

monoantimonides [4].

similar transport properties have been observed but no

The trip to Awaji is the first time for me to attend

surface state has been detected. ScSb is the firstactivities organised by J-Physics. During the week, I

member of the RX series, in which the Fermi surface

listened to a lot of inspiring lectures and talks. Topics

topology is qualitatively similar to that of LaBi and YSb,

about electronic ground states in semimetals and highbut there are two important differences. First, there is anmagnetic field experiments were also discussed, which

若手紹介are closely related to my current work. In the poster
session, I had great discussion with other researchers
and received some advises, which deepen myunderstanding and broaden my horizons.
Besides academic activities, the excursion in Awaji wasalso enjoyable. We visited the beautiful park on theisland and the impressive Uzushio Vortex. In thebanquet of the workshop, we watched the JapaneseTraditional Puppet Show, which is a special experienceof Japanese culture.
I’ d like to thank the J-Physics committee for giving me
the opportunity to attend the event and recognising thiswork with the poster award.

Figure1: Quantum Oscillation of ScSb. (Up) The FFT spectrum at
B//c direction and shifted FFT spectrums at diﬀerent angle.
(Down) Angular dependence of frequencies and thecorresponding Fermi surfaces from DFT calculation.

[1] F. Fallah. Tafti et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113, E3475 (2016).
[2] J. He et al, Phys. Rev. Lett. 117, 267201 (2016).
[3] L.-K. Zeng et al, Phys. Rev. Lett. 117, 127204 (2016).
[4] Y. J. Hu et al, Phys. Rev. B 98, 035133 (2018).

若手紹介

97

Ｂ０１：立方晶化合物の特異な電子状態

立方晶キラル化合物EuPtSiの特異な磁気構造と電子状態
垣花将司

琉球大学大学院 理工学研究科

青木

大

東北大学
金属材料研究所

榊原
教授

俊郎

東京大学
物性研究所

教授

博士後期課程3年

辺土

正人

仲間

隆男

大貫

惇睦

琉球大学
教授

理学部

琉球大学
教授

理学部

琉球大学
客員教授

理学部

この度はトピカルミーティング「物質探索最前線」にMnSiで は [100], [111], [110] 方 向 で A 相 が 存 在し、てポスター賞に選んでいただき、誠に光栄です。本稿

異方性はほとんどないことが報告されています。しかでは、ポスター発表した内容の一部を紹介させていた

し、EuPtSiで は H // [100], [111]で A 相 が 存 在 し ま す

だきます。

が、H // [110]，[112] 方 向 で は 見 ら れ ま せ ん。現 在、

EuPtSiはウルマナイト(NiSbS)型の結晶構造で立方晶

EuPtSi の 中 性 子 散 乱、共 鳴X線 散 乱、NMR、メスバウ

キラル構造を持つ化合物であり、スキルミオンの磁気アーの測定が精力的に行われています。これらの実験

構造を有するMnSiと同じP213の空間群に属していまから、磁気構造などの詳細が明らかになることを期待しす。EuPtSiのEuは2価であり、図1(a)に示すように4.0 Kています。共同研究者の方々にお礼申し上げます。

にネール点が存在します [1]。
図 1(b) に 示 すように、H // [111]で の 磁 化 曲 線で は
H A1, H A2 で 2 つ のメタ磁 性 転 移 が 見られます が、この
H A1, H A2 は0.5 K以下では観測されず、閉じた磁気相を形成していることが明らかになりました [2]。この閉じた磁気相は、MnSiの磁場-温度の反強磁性相の中に存在する閉じた磁気相であるスキルミオン相（A相）を想起させるため、EuPtSiの磁気相も “A相” と名付けました [3]。スキルミオン相が存在すると、その相内では創発磁場が生じ，特異なホール抵抗が出現します。そのため、私達はEuPtSiのA相でのホール抵抗、磁気抵抗を測定し、スキルミオンとの関連を研究しました。図1(c)にEuPtSiの[111]方向でのホール抵抗と磁気抵抗の磁場依存性を示します。磁化曲線でメタ磁性転移が起
こるH A1, H A2 の間でホール抵抗、磁気抵抗共に明瞭なピークが見られ、それぞれの測定で H A1, H A2 およびH c
はよく一 致していました。ホール抵抗，磁気抵抗でも0.5 K以下ではH A1, H A2 の間のピークが観測されなくなり、図1(d)に示 すように、精 密 磁 化 測 定 から得られ た
青 線 の A 相と赤 丸で 示した ホ ー ル 抵 抗、磁 気 抵 抗 のピーク構造が現れる磁場-温度領域はよく一致していました。

[1] M. Kakihana et al., J. Elec. Mat. 46,3572 (2017).
[2] M. Kakihana et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 023701 (2018).
[3] S. Mühbauer et al., Science 323, 915 (2009).

98

若手紹介

図1 . EuPtSiの(a) 電気抵抗率の温度依存性、H // [111]方向でのT = 2 K における(b) 磁化曲線と磁化の微分、（c）ホール抵抗と磁
気抵抗の磁場依存性、および (d) 磁場-温度相図。

Ｂ０１：遍歴多極子による新奇量子伝導相

ダイヤモンド構造上での反強四極子秩序と電気磁気効果による秩序変数の同定
石飛尊之

首都大学東京 大学院理工学研究科

服部

博士前期課程2年

一匡

首都大学東京 理学部准教授

8月に行わ れ たB01-D01合 同トピカルミーティング

有無が異なり、これが電気磁気効果の異方性に表れます。

「物質探索最前線」でポスター賞に選出していただき、本研究では、四極子近藤格子模型を平均場近似で扱大変光栄に思っております。本稿では、ポスター発表のい、反強四極子秩序下で電流誘起軌道磁化mを計算し概要を紹介させていただきます。

ました。図1に電流jの方向に生じるmの方向依存性を示

本研究で念頭に置いた物質はPrT2 X 20 (T = Rh、Ir、V、します。秩序がO22 型の場合には [001] 方向で絶対値がX = Zn、Al等)系です。この系では、Prサイトはダイヤモ最大となり、秩序がO20 型の場合にはこの方向で消えま

ンド構造をとり、局所点群はTdとなります。結晶場基底状

す。また、O20 型ではx=y面で電流誘起軌道磁化は生じ

態はf 2 配置の非クラマースΓ3 二重項であり、磁気双極ず、O22 型ではxy面内で一定となります。このように、電子ではなく、四極子(O20 : 3z -r 、O22: x -y )の自由度を持流誘起軌道磁化の異方性を測定することで、秩序変数を

ち、低温で反強四極子秩序と思われる相転移が観測され区別することができます。

2

2

2

2

ています[1-2]。しかし、反強四極子の秩序変数の同定はこのような異方性の起源は、秩序下の電荷分布を見る困難で、現在までゼロ磁場における秩序変数はわかってと明確になります。O22 反強四極子秩序下では、図2のよいません。本研究では、反強四極子秩序が空間反転対称

うに右回りと左回りのソレノイドが並ぶ構造になります。

性を破ることに注目して、電気磁気効果によって破れた

図内の数字はz方向の座標を、色は電荷分布の符号を表対称性を同定できることを提案しました。

します。z軸正方向に最近接で同じ符号(色)をたどると左

電気磁気効果の有無は系の対称性により制約を受け回り(青)と右回り(赤)のソレノイドが見えてきます。伝導ます。絶縁体における電場に対する磁化の線形応答は、電子はこのようなポテンシャルを感じながら運動するた

時間反転、空間反転対称性の自発的な破れを必要としま

め、一方のソレノイドの電子密度が大きくなり、軌道磁す。これは、電場と磁化の時間反転、空間反転に対する化が生じると考えることができます。

偶奇が異なるためです。一方で、金属の場合には自発的秩序の同定の他にも、PrT2 X 20 系では秩序下での超伝な時間反転対称性の破れを必要としません。金属では電導についての解析など、多くの興味深い課題が残されて場により生じた電流が磁化と結合することができます。

います。今後も精力的に研究に励みたいと思います。

両者は時間反転に関してはともに奇ですが、空間反転に関する偶奇は異なるため、空間反転対称性の破れを必要とします。電流と磁化は、回転や鏡映に対する変換性も異なるため、応答の異方性にこれらの対称性の有無が反映されます[3-4]。
PrT2X 20 系では、反転中心はPrイオン間の中心にあり、反強秩序下で空間反転対称性が破れます。秩序変数がO20とO22 の場合では、[110] 方向の回転や鏡映対称性の[1] T. Onimaru and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 082002 (2016).
[2] A. Sakai and S. Nakatsuji, J. Phys. Soc. Jpn. 80, 063701 (2011).
[3] H. Watanabe and Y. Yanase, Phys. Rev. B 96, 064432 (2017).

図 1: 秩序下で電流 j 方向に生じる軌道磁化 m の方向依存性。

図 2:反強O22 秩序下での電荷分布。

[4] S. Hayami, M. Yatsushiro, Y. Yanagi, and H. Kusunose, Phys.
Rev. B 98, 165110 (2018).

若手紹介

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駄文
御領

潤

弘前大学大学院理工学研究科「若手研究者へのメッセージなど」というテーマで何か書け、という鬼丸さんからの指示が下り、締め切り当日にこの拙文を書き始めております。本当に何を書いたらいいのやらという気持ちですが（そもそも私だって若手なのに…）、とりあえず大いに恥を忍び、いくらか過去を振り返ることから筆を進めてみます。
大学院重点化により私たちが修士に進んだ頃から院生の定員が大幅に増え、北大の出身研究室にも同期が５人おりました。５人とも研究者になることを夢見ておりました。若手夏の学校（物性ではなく素核宇宙）で戸隠高原まで出かけて行って、全国から集まった同年代の仲間と友達になったのが楽しい思い出の一つです。M２になって修論を書くわけですが、研究室の同期は皆優秀で修論の内容を専門誌に掲載することに成功しました（私以外は）。５人とも博士課程に進んだのですが、そんなこともあって最初の半年間くらいは何やら研究に身が入らない状態が続いておりました。今から思うとどうでも良いことで腐っていたものです。どういうきっかけがあったのか全く記憶にありませんがその後は気をとりなおし、D論はなんとか無事に３年で書き終えました。しかし安定した職を得るまでにはそれから長い紆余曲折がありました。
最初は京都に移り、当時基研におられた Sigrist さんから異方的超伝導の手ほどきを受けました。私は博士課程の後半にゲージ場の理論の応用として超伝導・超流動を議論していましたが、Sigristさんによって凝縮系物理の研究の軌道に乗せていただきました。基研には５ヶ月ほどの短い滞在でしたが、その間にカ
イラルp-波超伝導に関する共同研究の結果を論文として公表出来たのはとても幸いでした。
京都の次は柏に移り、移転直後の物性研でポスドクとして雇っていただきました。研究室は甲元研でした。TKNN公式は当時すでに有名でしたが、ここ１０年来のさらなる爆発的な進展は当時の私なぞには想像もつきませんでした。提唱者のお一人からの直伝はとても貴重でした。物性研では他の研究室の先生方やスタッフの方々にもとても良くしていただき、充実した期間を過ごせました。鬼丸さんとの交流が始まったのもこの頃です。
その後も１０年間、ドレスデン→青学→名古屋→東大生産研→ETHと任期付きの職を転々としました。その間、お世話になった先生・友人・知人の方々からの力強いご助力・お励ましを頂き、おかげさまでようやく弘前に落ち着くことができました。今から６年前になります。皆様のご厚情に対し、この場を借りて深く御礼申し上げます。
転々としていた間どんな心持ちでいたか今では正直うろ覚えなのですが、基本的に楽観的だったように思います。私には少々、悲観的な未来を想像する能力が欠如しているようです。皆様に楽しんでいただけるようなストーリーは持ち合わせていませんが、自分自身は楽しんで暮らしていたように思います。研究職に就けることを切に願っていましたが、もしそうならなくても何とかなるでしょう、ともかく今は研究しましょう、といった気持ちだったでしょうか。それと相反するかもしれませんが、心のどこかでは研究職に就くことを（願うだけでなく）図々しくも信じていた節があったような気もします。信じるというのは大事なのかもしれません。駄文になるだろうと信じて書き始めると、やはり駄文になるように。

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一 研 究 者の言 葉２０１９年４月からの領域関連行事
49èmes Journées des Actinides ( JdA-2019)
日時：2019年4月14日（日）〜 18日（木）場

所：Erice, Italy

ＵＲＬ：https://www.jda-conf.org/

Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS 2019)
日時：2019年6月16日（日）〜 21日（金）場

所：東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）

ＵＲＬ：http://sns2019.t.u-tokyo.ac.jp

V International Workshop Dzyaloshinskii-Moriya Interaction andExotic Spin Structures (DMI 2019)
日時：2019年7月8日（月）〜 12日（金）場

所：Petrozavodsk, Russia

ＵＲＬ：https://oiks.pnpi.spb.ru/events/DMI-2019

J-Physics ものづくり学校
日時：2019年8月5日（月）〜 9日（金）場

所：高野山大学（和歌山県伊都郡高野町）

J-Physics主催

日本物理学会（2019年秋季大会）
日時／場

所：2019年9月10日（火）〜 13日（金）／ 岐阜大学（岐阜市）

国際ワークショップ J-Physics 2019
日時：2019年9月18日（水）〜 21日（土）場

所：神戸大学百年記念館六甲ホール（神戸市）

J-Physics主催

SCES2019
International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
日時：2019年9月23日（月）〜 28日（土）場

所：岡山コンベンションセンター（岡山市）

ＵＲＬ：http://sces2019.org/

第13回 物性科学領域横断研究会（領域合同研究会）
日時：2019年11月27日（水）〜 28日（木）場

所：東京大学小柴ホール（東京都文京区）

J-Physics領域全体会議（まとめの会議）
日時：2020年1月

場

所：未定

J-Physics共催

J-Physics主催

日本物理学会（第75回年次大会）
日時／場

所：2020年3月16日（火）〜 19日（金）／ 名古屋大学東山キャンパス（名古屋市）

事務局からのお 知らせ101Information

事務局からのお知らせ
謝辞記載のお願い
本領域の支援を受けて進められた研究の成果発表に際しては、以下の要領で謝辞（Acknowledgement）の記載をお願いいたします。
記載例は次のとおりです：【英文】：This work was supported by JSPS KAKENHI Grant Number JP15H05882 (J-Physics) .
【和文】：本研究はJSPS科研費JP15H05882(J-Physics)の助成を受けたものです。
計画研究の課題番号と課題名の対応は以下の通りです：
15H05882 J-Physics:多極子伝導系の物理の研究総括
15H05883 局在多極子と伝導電子の相関効果
15H05884 遍歴多極子による新奇量子伝導相
15H05885 拡張多極子による動的応答
15H05886 強相関多極子物質の開発
15K21732 J-Physics:多極子伝導系の物理の国際展開

活動成果報告のお願い
以下の情報を随時メールで事務局までお知らせください。
論文 （著者名、タイトル、雑誌名、巻号、ページ、発行年、査読の有無）
著書 （著者名、タイトル、出版社、発行年）
国内・国際学会等発表 （発表者、タイトル、発表学会等名、場所、発表年月日、招待の有無）
アウトリーチ活動 （実施者、活動内容、場所、実施年月日）

NEWS LETTERへのご寄稿のお願い
J-Physics NEWS LETTER に記事の掲載を希望される方は各研究項目の編集委員までお知らせください。自信作の論文、参加された会議の報告、アウトリーチ活動など、先ずは概要を所定のフォームに記載してお送り下さい。特集記事の企画も歓迎いたします。

連 絡 先

J-Physics事務局：steering@jphysics.jp

編集後記
多くの皆様に質の高い記事をお寄せいただき，やりがいと刺激を感じながら編集を担当させていただきました。昨年９月の物理学会の共催シンポジウムでの反響を受け，新学術領域「ナノスピン変換科学」領域代表の大谷先生に，領域間の共同研究の成果に関する記事をお寄せいただきました。研究解説では，本新学術領域が中心的な役割を担っているEuやSmの系の多彩な磁性に関する研究の総括と展望を，実験と理論の両面から紹介していただきました。公募班の紹介記事や研究成果の記事は，これからのさらなる展開を期待させる内容に溢れています。また，研究会等で受賞された大学院生や若手研究者の皆さんの記
事からは，しっかりとした志をもって日々研究に取り組んでいる様子が伝わってきます。本領域が広い世代間で切磋琢磨しな
がら発展する健全なコミュニティーであることを再認識し，そこで研究できていることを嬉しく思うとともに，研究することに対する思いを新たにした次第です。
さて，平成27年度に始まったJ-Physicsもいよいよ５年目、最終年度に突入です。これから国際会議などの関連行事も目白押しです。一つの区切りとして研究成果をしっかりとまとめつつ，ここで芽吹いた新しい研究を発展的に育んでいくことが重要だと思います。最後になりましたが，年末年始から年度末のお忙しいなか原稿を執筆してくださった方々，編集に関わってくださった方々に感謝いたします。(T.O.)