巻頭言Ｂ０１
播磨

同じ絵を見る

尚朝 002

計画研究報告U(RhxRu1-x)2Si2 の強磁場相における整合̶非整合転移と隠れた秩序
Sr2RuO4 の超伝導パリティ問題への取り組み〜 研究手法の発展に伴う新展開 〜

まとめ

中辻

知 004

Ｂ０１計画研究のまとめ

青木

大 011

Ｃ０１計画研究

まとめ

網塚

浩 015

Ｄ０１計画研究

まとめ

野原

実 022

Ａ０１計画研究

研究解説
カイラル磁性：実験の立場から

大原繁男 027

マルチチャンネル近藤効果と非従来型超伝導
高圧力で拓く多極子と伝導電子の混成効果による新奇物性
内殻光電子線二色性のここまでの研究まとめ：
4f電子系に対する新たなプローブとしての確立
多極子伝導物質の高品質単結晶化と量子振動効果によるフェルミ面の研究
価数転移に由来する新しい量子現象
SmおよびEu化合物に見る
価数揺動系の物理とその発展

ネマティック・トポロジカル超伝導の新たな非クラマース二重項系の多極子物性とその圧力効果大悟郎 050

藤本

聡 052

小手川

恒 053

小林

達生 054大貫惇睦 055池田浩章 056電磁応答・熱応答・幾何学的応答

関連物質における特異な量子相の解明と新規探索

スキルミオン化合物 EuPtSi の磁気モーメントと
井口

敏 036

星野

晋太郎 037松林

和幸 038伝導電子のスピンテクスチャー

Ｃ０１
局所的な軌道混成に由来する
トロイダル多極子がもたらす

速水

賢 057

新奇マルチフェロイクスの開拓
関山

明 039

単サイト四極子近藤効果の検証：
Y1-xPrxIr2Zn20 の弾性応答に観る

菅原

仁 041

真仁 042

椎名亮輔 044

非局所相互作用の新しい公式
遍歴反強磁性体Ba1-xKxMn2As2 の磁気輸送現象反強磁性体における磁気キラル二色性

坂井

スピン軌道結合金属Cd2Re2O7 における脇舎

達也 058大槻純也 059大串研也 060阿部伸行 062徹 045
反転対称性を破る相転移と電子系の秩序状態

水戸柳澤

対数的温度変化
動的平均場法に基づく

渡辺

新奇伝導の理論的・計算科学的研究
多極子を含む局所電荷分布の揺らぎ

平井ワイル超伝導と

奇パリティ多極子秩序とパリティゆらぎ超伝導

フラストレーション系の量子スピンネマティック相と俊一郎 049

ドメイン制御遍歴多極子と多極子超伝導体の発展
電子面とホール面を持つ相関電子系の橘高

5dパイロクロア酸化物Cd2Re2O7 の電気トロイダル四極子秩序相におけるCd2Re2O7 の高圧下における

Ａ０１
dスピン−πスピン−π電荷結合の解明

浩之 048

ジグザグ構造を持つ物質，及び公募研究報告αʼʼ -(BEDT-TTF)2Rb1.2Co(SCN)4 の

野尻

毅 046

和平 047

反強磁性金属EuMnBi2 における
磁気圧電効果の観測

瀧川

塩見

仁 063

雄毅 064

CONTENTS
反転対称性の破れた物質の大原

フラックス法による合成

繁男 065International Conference on
Strongly Correlated Electron Systems

松田

達磨 085榊原

俊郎 087榊原

俊郎 089藤

秀樹 090

桑田

祥希 095(SCES2019) 会議参加報告
Magnetism in non-centrosymmetric

Robert Peters 066

f electron systems

第13回物性科学領域横断研究会「凝縮系科学の最前線」報告

Ｃｅジグザグ鎖構造を持つ
本山

新しい重い電子系化合物における

岳 067

橘高俊一郎さん凝縮系科学賞受賞

電流誘起磁化現象の探索
J-Physics令和元年度

12 GPaまでの比熱とホール抵抗測定から視た
梅尾

4 f 電子系キラル化合物YbNi3Ga9 の和則 068滞在記

特異な磁気相図

Ｄ０１
New hybrid f-/p-electron mixed
valence molecular materials

領域全体会議報告

Ames滞在記
Kosmas Prassides 069

遍歴反強磁性物質BaMn2Pn2 における
電気磁気効果谷垣

勝己 071

PSI滞在記イギリス・ISIS滞在記

山本編

海外派遣制度によるラザフォード・
空間反転対称性が破れた
立方晶の結晶構造をもつ

層状・3次元遷移金属化合物の宮坂

茂樹 073異常電子相制御と新規物性探索松平和之 074

フォノン分散の研究

今号の研究成果
磁気量子臨界点近傍の比熱、
熱膨張係数、グリュナイゼンパラメーター

渡辺

真仁 075

佐藤芳樹 100チェコ・プラハにおける滞在記

高力

暁成 101

国際周期表年２０１９

播磨

尚朝 102

アウトリーチ活動「日本語からはじめよう」

大原繁男 104鹿野田

一司 105

J-Physicsを振り返って

上田

寛 106

事務局からのお知らせ
本山

岳 080

報告
会議報告「J-Physics 2019
KINKEN-WAKATE 2019 Multipole Physics」

グルノーブル滞在の抱負

J-Physics、そのなんと深い物理の世界

J-Physics ものづくり学校第４回International Conference &優香 099

評価委員の先生から研究会報告「対称性・群論トレーニングコース in 高野山」

理香子 098

コラム

幾何学的フラストレート系
イリジウム酸化物Ca5Ir3O12 の山本

佳比古 072

Pt化合物における新超伝導体探索

スピン軌道相互作用由来の野乃花 097

草ノ瀬

アップルトン研究所滞在の報告
岡本

比嘉

青木

大 083

今後の予定

107

編集後記

108

巻頭言

同じ絵を見る
領域代表

播磨

尚朝

神戸大学大学院理学研究科

教授

新学術領域も活動の最終年度となり、9月には国際会議J-Physics2019を開催して、1月には全体会議を行いました。ニュースレターも最後の号になりました。最終的な成果の取りまとめはこれからですが、領域発足前からの長い間、大変お世話になりました。領域発足後に知り合った、特に若い人たちとも、楽しい時間を過ごすことが出来ました。
楽しいと言えば、学問の世界ではありませんが、昨年はラグビーのワールドカップで大いに盛り上がり、試合観
戦を楽しみました。日本は初のベスト８に進んで、テレビなどでも多く取り上げられたこともあり、これまでラグビーに興味のなかった人でも、ラグビーの試合を観戦した人が多かったのではないでしょうか。私の予想は予選
リーグでは３勝１敗でベスト８進出でしたが、結果は4連勝でした。２戦目のアイルランド戦は素晴らしい逆転勝ちを収めましたが、４戦目のスコットランド戦はさらに興奮する試合でした。後半開始早々に28-7と20点以上のリードをしたにも関わらず、間もなく28-21と追い上げられて、
ワンチャンスで追いつかれる点差になりました。
試合終了までの25分間はスコットランドの猛攻を凌ぐだけの時間が続きました。
年末に放映されたテレビ番組で、試合を見ても気がつかなかった選手達の考えを知りました。後半に日本が21点差をつけたときに、その時の点の取り方を見てスコットランド側が勝てると確信した、という話は驚きでしたが、さらに興味深かったのは、その後の日本チームの戦い方です。
ラグビーは団体競技ですが、15人の選手の役
割が異なっていて、さらに攻めている時と守っている時が明確に分かれています。
この時に、15人の選手が一つになって力を発揮する時のキーワードが「同じ絵を見る」だったそうです。詳細は省略しますが、日本チームは同
じ絵を見ていなかった時間帯があり、7点差になった後も防戦一方でした。
しかし、あるプレーをきっかけに「攻めるディフェンス」に意識が統一され、スコットランドの攻めを凌ぎきりました。再び、「同じ絵を見る」
ようになる
ことで、最終的に勝利することが出来たわけです。
「同じ絵を見る」とは英語で”on the same page”のことだそうです。辞書による訳は「同じ考えを持っている/目
指すものが同じである」ですが、「同じ絵を見る」の方が雰囲気をよく伝えます。個性のある多くの選手が同じ絵を見てプレーすることで、集団としての力を発揮するのです。
新学術領域の様な大きなプロジェクトは、正に同じ絵を見て研究を行おうというものではないでしょうか。そして私たちは、同じ絵を見てきたでしょうか。私は、たくさんの人たちが同じ絵を見ることが出来たおかげで、多くの共同研究や新しい成果が生まれてきたと思っています。そして、もうしばらくは、同じ絵を見て行きたいと思って
います。

02

巻頭言

---旅の終わり---「ああ、
これで旅が終わったんだ」、2011年9月、リオデジャネイロのコパカパーナ海岸に面して建つホテルのバーでカイピリーニャを独り飲みながら、そう感じた。地球の反対側で旅が終わるとは奇妙なものだが、終わりがあれば始まりがある。始まりは、2000年8月、同じブラジルのレシフェでのICMのバンケット。
ブラジル伝統のカクテルであるカイピリーニャの列で前に並んでいた物性研のM先生に、「面白そうな短期研究会を提案されていますね」と声をかけてもらった時だった。その年の10月にスクッテルダイトの短期研究会を柏に移転したばかりの物性研で開催したのが、スクッテルダイトの特定領域研究の始まりだった。翌2001年にPrOs 4Sb 12で超伝導が発見され、2002年のクラコウのSCESと広島のLTでは、スクッテルダイトの知名度は上がっていった。佐藤英行さん
を代表とする特定領域研究の期間（2003〜2007）が過ぎても、旅はまだ終わらない。ウイーン工科大学のBauer先生に間を取り持ってもらい、オスロ大学との研究会を提案したのが2010年の10月だった。
ノルウェーから15,000ユーロの補助金が得られることになり、2011年9月にケンブリッジで開催されたSCESの後に、ノルウェーのSkuterudで研究会を開催することになった。Skuterudにはコバルト鉱山があり、ここで産出される
CoSb 3がスクッテルダイト（skutterudite）と呼ばれたのが、スクッテルダイトの始まりとされている。2000年からずっと「同じ絵を見」てきたMaple先生もアメリカから奥さん同伴で参加した。
このSkuterudでの研究会のあと、別の研究会に参加するために向かったのがリオデジャネイロだった。

新学術領域J-Physicsの領域設定期間は3月で終わりますが、旅はまだ続きます。次に、同じ絵を見に集まる機会を楽しみにしています。

巻頭言

03

Ａ０１：局在多極子と伝導電子の相関効果

Ａ０１計画研究 まとめ
中辻知

東京大学理学系研究科物理学専攻 教授

榊原

俊郎

小林

寿夫

中西

良樹

東京大学 物性研究所教授

兵庫県立大学 大学院物質理学研究科教授

岩手大学大学院理工学専攻
教授

鈴木

佐藤

有田

通人

東北大学 金属材料研究所
准教授

卓

東北大学 多元物質科学研究所教授

亮太郎

東京大学大学院工学系研究科
物理工学専攻 教授

2015年の夏の発足以来、もはや5年が経つと思うと非常に感慨深いものがある。A01の研究目的は、局在した多極子が伝導電子と相関することにより誘起する新しい量子現象に関する学理を構築することであった。発足当初設定した目標は主に以下の4つである。
(1) 局在した多極子の遍歴化プロセスと、それによる異常金属や新奇超伝導発現の機構解明。
(2) 価数の量子臨界揺らぎが創出する新しい金属状態及び超伝導状態の究明。
(3) 多極子モット絶縁体の局在・遍歴相転移の機構と、その近傍の新奇量子状態の解明。
(4) 多極子の遍歴・局在状態について、第一原理計算による微視的理解と新物質創成への指針の構築。
５年間の成果としては、(1)~(4)について、それぞれに強弱はあるものの、それなりに目標を達成できたように感じている。
また、EuPtSiやMn3Sn等の登場でB01,C01,D01と緊密な協力関係が自然な形で構築でき、当初想定していなかった新しい概念を次々と生み出したことで、d と f 電子系の研究者間の敷居はなくなったと同時に、分野を超えてスピントロニクス分野への波及効果を持つ成果に繋がった。
ここでは、メンバーの方々の代表的な成果についてご紹介する。

１．
トポロジカル磁性体におけるクラスター多極子と巨大非対角応答しか持たないにもかか
本領域発足直後、中辻グループは反強磁性体Mn3X (X = Sn, Ge)が、微小磁化（〜3 mμB）
わらず、強磁性に匹敵する巨大異常ホール効果を室温かつゼロ磁場で示すことを発見した[1, 2]。
この起源は内因性機構（ベリー曲率）
であると考えられる。ベリー曲率は波数空間の仮想磁場であり、
ワイル点等
トポロジカルな構造があると大きくなる。実際角度分解光電子分光（ARPES）測定及び磁気抵抗測定から、強相関効果によりバンド構造が５倍狭くなっていることを除いては理論計算と良く一致しており、さらにワイル半金属で予言されているカイラル異常と考えられる負の磁気抵抗効果が観測され、磁気ワイルフェルミオンの世界初の例であることを示した[3]。
また強磁性体に匹敵する巨大な異常ネルンスト効果、磁気光学カー効果(MOKE、図１)も観測された[4,5]。
これらは通常強磁性体でのみあらわれる現れるものであるが、Mn3Snの磁気構造がクラスター磁気
八極子秩序とみなせ、強磁性体と同じ対称性を持つために許されることが鈴木通人氏らの研究で明らかになった[6]。
また異常ネルンスト効果は新しい熱電変換技術として、MOKE測定は反強磁性ドメインを非破壊で直接観測で04

計画研究報告図１ (a) 室温でのMn3SnにおけるMOKE像。コントラスト、黄線はそれ
ぞれ磁区、磁壁を表す。 (b) コントラストに対応した磁気八極子ドメインの概要図。[5]きる手法として応用上も大変重要である。
上記ワイル反強磁性体の開発を契機にさらに物質開拓が進み、新たなワイル強磁性体の発見にも繋がった。それが立方晶フルホイスラー系Co2MnGaである。我々はCo2MnGaが室温で過去に知られている最大値より10倍以上大きな値を示すことを明らかにした[7]。さらに、実験、第一原理計算、モデル計算の比較から、Ⅰ型とⅡ型のちょうど間（量子リフシッツ転移点）にあるワイル点の存在が明らかになった。
フラットなバンドと大きなベリー曲率の両立が巨大異常ネルンスト効果の発現に重要であるという発見は今後の材料探索の指針になる。
さらなる研究により革新的な熱電技術が生まれることが期待される。

２．四極子近藤格子系PrV2Al20における特異な輸送現象と多極子秩序
さらにTQ = 0.75 K, 0.65 Kで２段階
PrV2Al20はスピン自由度を持たない立方晶Γ3結晶場二重項基底状態を持ち、の多極子転移、Tc = 0.05 Kで重い電子超伝導といった現象を示し注目を集めている多極子近藤系の典型物質である[8, 9]。
また電気抵抗の−lnT依存性や光電子分光による近藤共鳴ピークなど明確なcf 混成効果を示す。本物質において、高磁場四極子秩序相（B // [100]）で30%を超える異方的磁気抵抗効果（AMR）が現れることを明らかにした[9]。
これは四極子という局在多極子が遍歴したことによる新現象の一つである。
さらに、PrV2Al20のTQ以上の高い温度では四極子近藤効果による非フェルミ液体的異常が観測されているが、理解は進んでいなかった。そこで新たに縦磁気抵抗率の測定を行ったところ、8 K以上の温度で負の磁気抵抗率を示し、同じ領域で四極子近藤効果の理論予測に従うことがわかった[10]。さらに低温では正の磁気抵抗率に転じ、四極子近藤スケーリングからも逸脱する。
これはコヒーレンス効果など、理論計算で考慮されていない寄与が現れるためだと考えられる。
PrV2Al20の２段転移TQ = 0.75 K, 0.65 Kは純度の高いものほどシャープかつ高温になる本質的なものであることが知られているが、秩序パラメータの詳細はわかっていない。そこで格子歪みと直接カップルする磁歪を測定することで秩序相の解明を目的に研究を行った。その結果、磁場に線形に比例する成分の磁歪と、それに伴うヒステリ
シスを低磁場（B < 〜2 T）
で観測した[11]。
これは強的な磁気八極子秩序が起きていると考えると自然に理解できる。
実際、GL理論による計算で再現された[12]。今後の研究によりさらなる理解の進展が期待される。

３.

パイロクロア酸化物R 2Ir2O7 (R = Pr, Nd)における強相関量子現象

金属絶縁体転移は強相関電子系の典型的な現象の一つである。我々は5d電子がクラスター八極子秩序を示す
Nd2Ir2O7の磁気抵抗効果を測定することで、10 Tの外部磁場を[001]方向に印加した際、抵抗が600倍変化する金属
絶縁体転移を示すことを見出した[13]。Nd2Ir2O7のエネルギーギャップは50 meV程度であるため、10 T（〜1 meV）
程度の磁場で金属になることは驚きである。
これは4fとの近藤カップリングにより5d伝導電子の八極子構造が、磁計 画 研 究報 告05

場で融解することで、金属性を回復したと理解できる。
Pr2Ir2O7は2重縮退した放物面形状の価電子帯と伝導帯がフェルミ準位上の1点で接するラッティンジャー半金属であり、格子歪み等の摂動により強相関トポロジカル相の出現が期待される[14]。我々はPr2Ir2O7のエピタキシャル
薄膜作製に世界で初めて成功し、50 K以下で自発的ホール効果を示すことを明らかにした[15]。
この起源は格子歪みによる空間反転対称性の破れとIrの磁気モーメントのall-in-all-out構造による時間反転対称性の破れによりワイ
ル半金属相になっているためと考えられる。

４．価数ゆらぎの量子臨界現象
β-YbAlB4はゼロ磁場で量子臨界現象・重い電子超伝導を示すことで知られている[16]。一方姉妹物質の
α-YbAlB 4 は低温で重いフェルミ液体である。我々はα-YbAlB4にFeをドープすることで、 α-YbAl1−xFexB4
がx c = 1.4 %で価数のシャープなクロスオーバーと反強磁性の１次転移を伴う量子相転移を示すことを明らかにした（図２）[17]。
また量子臨界性は渡部・三宅らによって提唱されている価数ゆらぎの理論予測[18]と一致しており、その起源は、価数の量子臨界現象であると考えられる。

図２ α-YbAl1−xFexB4 の鉄置換量xに対するイッテルビウムイオンの状態と価数・体積・電気抵抗の変化。[17]５．f 電子スカーミオン物質EuPtSiの磁気転移
榊原グループにおいては、EuPtSiの磁気転移について、精密磁化測定から詳細に調べた。[111]方向の磁場下で0.5K以上の有限温度にのみ現れる中間相（A相）
を発見し、これがその後の様々な実験からf 電子化合物として初めてのスキルミオン相と特定された。
また、
4.0 Kにおけるヘリカル秩序が弱磁場下では1次転移になることを、詳細な磁化の磁場温度依存性から確定し、三重臨界点の存在を明らかにした(図３)[19]。
この06

計画研究報告図３ カイラル磁性体EuPtSiの磁気相図を磁化測定から詳細に調べ、スキルミオン相と考えられるA相の安定性について多くの知見が得られた。[19]１次転移は多成分を持つ秩序変数の揺らぎが大きい場合に期待されるもので、スキルミオン相のようなmulti-qの秩序を起こりやすくすると考えられる。さらにA相の異方性について調べ、ヘリカル相の磁化率が大きい方向ではヘリカル（またはコニカル）相が安定でA相が現れないことを示した。
このことはヘリカル波数ベクトルが磁場によって容易に向きを変えないことを意味する。その理由はこれまでのスキルミオン物質と比較してEuPtSiの秩序波
長が短いことにあり、格子の離散性を反映してヘリカルの波数ベクトルが格子に固定されると考えられる。

６．価数揺動の量子臨界ダイナミクスの解明
小林グループでは、常圧力・無磁場下の異常金属状態からT *~8K 以下で量子臨界性を示す β-YbAlB4 [16] のYb イオンの電子状態を、元素選択的手法である 174Yb 放射光メスバウアー分光法を用いて研究を行ってきた。
放射光の特徴である、入射X線のパルス性と偏光特性を積極的に用いることで、Ybイオンの価数揺動ダイナミックスを実験的に観測することに初めて成功した。その結果、β-YbAlB4 の異常金属状態ではその価数揺動時間がナノ秒程度と極めて遅く、量子臨界性を示す T < T * 領域では温度の冪でさらに遅くなることが分かった。
また、無反
跳分率の温度依存性からその価数揺らぎと格子振動に強い結合が有ることが実験的に明らかとなった。
この常圧下での結果は、基底状態がフェルミ液体であるα-YbAlB4 とは大きく異なる [20]。一方、β-YbAlB4の圧力印加により構造変化を伴わずに、基底状態がフェルミ液体的となる領域(1 < p < 2.5GPa)では [21,22]、Ybイオンの超低速の価数揺らぎは抑えられ、本174Ybメスバウアー分光法の測定分解能限界(0.1 ns)程度に早い価数揺らぎとなることが明らかとなった。

７．超音波による多極子ダイナミクスの解明
中西グループでは、
多重極モーメント、
特に電気四重極モーメントと伝導電子との混成効果により形成される多体準粒子系の低エネルギー励起状態を超音波計測により明らかにしてきた。特筆事項として、局在性の強い4f 電子系
さらには4d電子系（Rh17S12）、5d電子系（Cd2Re2O7）（PrTr2Al20: Tr = Ti, V）から遍歴性の強い3d電子系（CoS2-2xSe2x）と系統的かつ包括的課題に取り組み、四重極モーメントが低温物性を強く支配し、重要な役割を担っている典型例
として、歪み感受率（四重極感受率）を通じた弾性特性の研究を推進してきた。その結果、上記物質群における四重極モーメントと各種相転移、新規量子現象との関連を物質の弾性特性の観点から定量かつ定性的に明らかにし、では四重極転移温度近傍で弾性率に関連した物理量に外部磁場
その重要性を明示してきた。4f電子系（PrV2Al20）を制御変数としたユニバーサルな振る舞いが見出され、Γ3四重極モーメントの自由度に起因した新規電子状態の形成を提案した。[23-25] 3d電子系（CoS2-2xSe2x）ではSをSeで置換することでフェルミ準位近傍の電子状態に大きな変化をもたらし、それに伴う強磁性転移温度の減少とegバンドの電子状態の変化、量子臨界性について変形
では、Rhの4d電子がフェルミ準位近傍に急峻な状
ポテンシャル理論に基づいて記述した。[26] 4d電子系（Rh17S12）

計 画 研 究報 告07

態密度を有する状況が実現しており、
フェルミ面の不安定性、遍歴4d電子の四重極モーメントの微視的な情報か
ら、本系に出現する20%強の巨大弾性軟化の発現機構を明らかにした。
さらに本系が金属であることから、4d遍歴
四重極モーメント系の可能性を提案した。[27,28]

最後に、5d電子系のCd2Re2O7では、その輸送現象、帯磁率にこれまで僅かな異常しか観測されなかった２つの相転移に関して、明瞭な異常を弾性率で初めて観測した。転移点近傍における特徴的な弾性特性の解析から、
この２つの奇妙な構造相転移の駆動力として、増強されたスピン-軌道相互作用をもつReの5d電子から形成される四重極モーメントが極めて重要な役割を果たしていることを明らかにした。[29]８．磁気構造の多極子理論
鈴木グループは、中辻グループによって発見されたMn3SnとMn3Geの反強磁性秩序下の巨大異常ホール効果の発現機構の研究に取り組み、その発現が強磁性構造と全く同じ対称性の破れを起こす反強磁性構造によって引き起こされていることを明らかにした[6]。さらに、その反強磁性構造が磁気八極子によって特徴づけられることを示し、第一原理計算による解析を併用することで、これらの反強磁性秩序による異常ホール効果が、強磁性磁化による異常ホール効果と同じように理解できることを示した[6]。
このMn3Snの第一原理計算による電子状態と物性の解析は、中辻グループとの共同研究によってフェルミ準位近傍におけるワイル点の存在や巨大異常ネルンスト効果、磁気光学カー効果の発見にも貢献し[3-5]、Mn3Snのドメイン形成に対しては磁気八極子ドメインという新しい描像を打ち立てた[5]。
この磁気構造の多極子理論を拡張し、任意の結晶構造に対して点群に対する変換性と多極子によって分類される磁気構造を自動生成する理論手法を構築することで、磁気構造の多極子展開を定式化することに成功した[30]。
また、
この磁気構造の自動生成手法を、第一原理計算による安定磁気構造の予測による磁気構造データベースの構築に向けた研究や反強磁性秩序下の電子状態・物性現象の系統的研究[31]に活用している。

９．多極子自由度を持つ物質群の中性子散乱研究
佐藤グループは、多極子自由度を持つ物質群の基底状態及び励起状態解明を目指した中性子散乱研究を行った。当初のゴールの一つに PrT2Al20 (T = Ti, V) の基底状態多極子秩序の解明があった。T = Ti 系に関しては中性子
非弾性散乱で結晶場分裂が決められていましたが、T = V 系に関してはそのような実験はなされていませんでした。そこで、佐藤グループは単結晶および多結晶試料を用いた中性子非弾性散乱を行いこの系の結晶場分裂決定を試みた。残念ながら強い混成効果のためか結晶場分裂は大きくブロードニングしており非弾性散乱スペクトルだけからでは結晶場準位決定が難しいことが判明した。
他方、PrT2Al20系のX線精密構造解析も行った[32]。構造解析の結果から熱振動に籠状物質特有と思われる興味08

計画研究報告深いパターンが見られた。
また、得られた精密構造パラメータとすでに知られているT = Ti 系の結晶場パラメータから T = V 系の結晶場分裂の推測も行うことができた。
これらの結果を併用することで、PrV2Al20の中性子非弾性散
乱解析が近日中に完成するものと期待している。
関連する研究として、磁気スキルミオン[33]、フラストレート系のエネルギーランドスケープ[34]、さらには正二十面体クラスター結晶中の磁気秩序の研究[35]等を行った。
この中で正二十面体クラスター上に確認された渦巻き型磁気秩序はクラスター多極子の概念で整理できるものであり、今後の発展に興味が持たれる。

１０．準結晶超伝導の理論研究
有田グループは磁場下の準結晶における超伝導を調べるた
め、ペンローズ格子上の引力ハバード模型における超伝導の相図の計算を行った。その結果、電荷、磁化についてペンロー
ズ格子特有の縞模様が現れると同時に、その構造と整合する
実空間構造をもつ超伝導状態が現れることがわかった（図４）[36]。
これは周期系におけるFulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov
状態に類似するもので、大変興味深い。
この成果はPhysics誌
でもとりあげられた。

図４ ペンローズ格子上の引力ハバード模型の超伝導ギャップの空間依存生 [36]１１．
まとめ
領域内及び他領域との緊密な連携によって大きな進展が得られた５年間であったと思う。原子に局在した多極子の多彩な遍歴現象だけでなく、クラスター多極子という新しい概念の創出とそれによる新しい現象の発見
はスピントロニクスを始め様々な分野へ波及効果をもたらした。その意味で、次の飛躍への重要な一歩を踏み出したところというのが率直な印象である。

謝辞
A01の研究推進にあたり、代表の播磨先生、事務の網塚先生初め本領域の皆様方には、本当にお世話になりました。
ここで、改めてお礼申し上げます。
また、他の領域、例えば、大谷先生が代表を務める「ナノスピン変換科学」との交流から多くの実りがあったと思います。感謝申し上げます。最後に、本執筆にあたり、東北大学多元物質科学研究所の奥山大輔氏、東京大学物性研究所の酒井明人氏、肥後友也氏、冨田崇氏、大槻匠氏にご協力いただきました。
ありがとうございました。

計 画 研 究報 告09

[1] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, and T. Higo, Nature 527, 212 (2015).
[2] N. Kiyohara, T. Tomita, S. Nakatsuji, P. R. Applied 5, 064009 (2017).
[3] K. Kuroda, T. Tomita et al., Nat. Mater. 16, 1090 (2017).
[4] M. Ikhlas, T. Tomita et al., Nat. Phys. 13, 1085 (2017).
[5] T. Higo, et al., Nature Photonics 12, 73-78 (2018).
[6] M.-T. Suzuki et al., Phys. Rev. B 95, 094406 (2017).
[7] A. Sakai et al., Nature Physics 14, 1119‒1124 (2018).
[8] A. Sakai and S. Nakatsuji, J. Phys. Soc. Jpn. 80, 063701 (2011).
[9] M. Tsujimoto et al., Phys. Rev. Lett. 113, 267001 (2014).
[9] Y. Shimura et al., Phys. Rev. Lett. 122, 256601 (2019).
[10] M. Fu et al., J. Phys. Soc. Jpn. 89, 013704 (2020).
[11] A. Sakai, presentation at “Frustration, Orbital Fluctuations, and Topology in Kondo Lattices and their Relatives” in Max Planck Institutefor the Physics of Complex Systems.
[12] A. S. Patri et al., Nat. Commun. 10, 4092 (2019).
[13] Z. Tian et al., Nat. Phys. 12, 134-138 (2016).
[14] T. Kondo et al., Nat. Commun. 6, 10042 (2015).
[15] T. Ohtsuki et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 116, 8803 (2019).
[16] Y. Matsumoto et al., Science 331, 316 (2011)[17] K. Kuga, Y. Matsumoto et al., Sci. Adv. 4, eaao3547 (2018).
[18] S. Watanabe and K. Miyake, Phys. Rev. Lett. 105, 186403 (2010).
[19] T. Sakakibara et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 093701 (2019).
[20] M. Oura et al., Physica B 536, 162 (2018)[21] Y. Sakaguchi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 85, 023602 (2016)[22] T. Tomita et al., Science 349, 506 (2015).
[23] 谷口正弥 他、
日本物理学会2018年秋季大会、12aB202-3 (2018).
[24] Y.Nakanishi et al., Physica B 536,125 (2015).
[25] 川崎優介 他、
日本物理学会2019年秋季大会、12aPS-6 (2019).
[26] S.Kudo et al., J. Phys. Soc. Jpn.(in press).
[27] 今井丈 他、
日本物理学会第74回年次大会、14pS305-6 (2019).
[28] R.Murakami et al., J. Phys. Soc. Jpn.(in press).
[29] 中村一翔 他、
日本物理学会第74回年次大会、15aS-PS-74 (2019).
[30] M.-T. Suzuki et al., Phys. Rev. B 99, 174407 (2019).
[31] V. T. N. Huyen, M.-T. Suzuki et al., Phys. Rev. B 100, 094426 (2019).
[32] D. Okuyama et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 015001 (2019)[33] S. Aji et al., Phys. Rev. Mater. 3, 104408 (2019); K. Makino et al., Phys. Rev. B 95, 134412 (2017).
[34] A. Samarakoon et al., Sci. Rep. 7, 12053 (2017); A. Samarakoon et al., PNAS 113, 11806 (2016).
[35] T. J. Sato et al., Phys. Rev. B 100, 054417 (2019).
[36] Shiro Sakai and Ryotaro Arita, Phys. Rev. Research 1, 022002(R).

10

計画研究報告Ｂ０１計画研究：遍歴多極子による新奇量子伝導相

Ｂ０１計画研究のまとめ青木大東北大・金研・教授

石田憲二

京大・理・教授

神戸振作

原子力機構・先端研・
研究主席

井澤

公一

阪大・基礎工・教授松田

達磨

首都大・准教授柳瀬陽一

京大・理・教授

B01計画研究（課題名：遍歴多極子による新奇量子伝導相）では、多極子が遍歴性を獲得して引き起こす多彩な伝導現象や量子相の解明を目的として研究を行ってきた。局在と遍歴の中間的な性質を持ち、強いスピン軌道結合を持つ5 f 電子系化合物（アクチノイド化合物）を中心とした研究であるが、それ以外の系においても他の計画研
究や公募研究班と共同で幅広い研究を行ってきた。

強磁性超伝導、フェルミ面、新奇スピン三重項超伝導体UTe（青木）2
強磁性超伝導体URhGe、UCoGeの純良単結晶を育成し、磁場再突入型あるいは磁場強化型超伝導の発現機構に迫る研究を行った。URhGe、UCoGeともに強磁場中で、リフシッツ転移によるフェルミ面の変化をシュブニコフ・
ドハース効果、熱電能、ホール効果などの測定から明らかにした。平行スピン対によるスピン三重項超伝導が実現しているURhGe、UCoGeにおいては、ある特定の方向に磁場を加えた時に強磁性ゆらぎが発達する。
これが、磁場強化型超伝導発現の最も重要な役割を果たしていると考えられる。一方、それ以外にもフェルミ面の変化も磁場強化型超伝導の実現に一役買っていることがわかってきた。URhGeについては、一軸圧力による強磁性ゆらぎと磁場
誘起超伝導のチューニングにも成功した。
日仏間の国際協力のもと純良単結晶
2018年11月末に発見された新奇スピン三重項超伝導体UTe2については、育成、極低温、強磁場、圧力実験などを精力的に進めた。2019年の一年間に出版された我々の論文はすでに11編を数えている。
このうち、H m=35 Tで発現するメタ磁性とH m以下の高磁場で実現している磁場誘起超伝導は、顕著な成果の一つである。他にも、UBe13の高圧下の実験やUNi2Al3の80 Tで発現するメタ磁性、空間反転対称性の破れ
たU3Ni3Sn4の重い準粒子を含んだフェルミ面とその分裂、Ir-5dバンドによる高いH c2を持つ超伝導体CeIr3などの研究も行ってきた。

強磁性超伝導体および関連物質の超伝導波動関数の対称性（石田）
様々なウラン化合物の超伝導体のNMR測定を行い、超伝導状態のナイトシフトの振舞いと超伝導上部臨界磁場(H c2)の振舞いを系統的に調べた。通常s波超伝導と考えられるU6Coでは、超伝導によるナイトシフトの減少は非常に小さい。
これは超伝導に関係するスピン磁化率が小さいためであり、H c2にパウリ対破壊効果が見られないこととコンシステントである。
これに対しスピン一重項超伝導体UPd2Al3, URu2Si2では、超伝導状態でナイトシフトの明
確な減少が見られる。減少量は比熱から見積もられるスピン磁化率の大きさと同程度であり、この場合H c2にもパウリ対破壊効果も観測される。
これに対し、UCoGeの圧力誘起常磁性超伝導状態や最近発見されたUTe2では、超計 画 研 究報 告11

伝導状態でナイトシフトの減少は見られるものの減少量は比熱から見積もられるスピン磁化率の大きさに比べ非スピン三重項超伝導の振舞いと考えられる。
常に小さい。
またH c2に明確なパウリ対破壊効果が観測されず、UCoGeではa軸方向に磁場を加えた場合、超伝導は単調に減少していくだけであるが、b軸に印加した場合は、超伝導は増大する。印加磁場に対して超伝導のレスポンスが大きく異なるのは、スピン磁化率の異方性に関係することを各軸方向のナイトシフトの精密測定から指摘した。つまりスピン磁化率の大きさはc軸 > b軸 > a軸~0であり、a軸方向に磁場を印加しても変化が小さいのは、
この方向のスピン成分が小さいことに関係していることを指摘した。
UCoGeは加圧により強磁性秩序は消失し超伝導のみを示すようになる。強磁性秩序が消えた圧力領域の磁気状態と超伝導状態を核四重極共鳴より調べた。強磁性秩序が消えたP = 0.67 GPaでは超伝導直上での強磁性ゆらぎが強まり、超伝導転移温度も上昇している。また超伝導転移以下の超伝導相では1/T 1は急激に減少しているが、強磁性と共存している超伝導状態の時に見られた非超伝導成分の1/T 1は見られなかった。
この結果は、(1)バルク超伝導は強磁性秩序が消えたのちも生き残ること、(2)イジング強磁性ゆらぎが超伝導の引力であるというシ
ナリオをより確かにする実験結果であること、(3)強磁性秩序と共存する超伝導で見られた非超伝導の1/T 1の成分は強磁性相の存在と関係した成分であり、「自己誘導渦糸状態」の存在を支持する結果であること、を示唆する。
最近発見されたUTe2の125Te-NMRを行い、非従来超伝導と分類され上述のナイトシフト測定からスピン三重項を示唆する振る舞いが見られた。

URu2Si2のハイブリッド多極子（神戸）
URu2Si2において17 Kで起きる、
いわゆる“隠れた秩序”の対称性を決定するため、SiとRuサイトの詳細なNMR/NQRの研究を行い、隠れた秩序状態でU、RuとSiサイトの４回対称性が保存されていることを結論した。隠れた秩序転移は２次相転移なので、Landauの２次相転移に対する群論的考察が適用できる。
ここで隠れた秩序状態に対して
１）時間反転対称性は破れない。２）秩序波数は(001)。３）U、RuとSiサイトに双極子モーメントはない。
と仮定すると、隠れた秩序の対称性はP4/nncと結論される。P4/nncの秩序は、
ランク５の反強電気的奇パリティ秩序に対応
この状態は
する。
この時、UサイトはD 4の対称性を持ち、その全対称表現はD 4h のA1u基底: xyz(x 2-y 2) に対応する。
U5f 軌道だけでは構成できず、U6d軌道の寄与が必要である。従って、いわゆるハイブリッド多極子になっている。
ハイブリッド多極子の検証は今後の課題である。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。

U1-xThxBe13およびUTe2の熱輸送現象による超伝導の対称性（井澤）U1-xThxBe13およびUTe2の熱輸送係数の実験を行ってきた． U0.96Th0.04Be13において熱伝導率に2つの異常を観測

12

計画研究報告した．
これは，比熱で見られる2段転移と対応しているものと考えられる．さらにU0.96Th0.04Be13の熱ホール係数が超
これは，時間反転対称性の破れに由来した伝導転移温度T cよりも十分低温で発散的に増大することを見出した．
振る舞い，あるいは非従来型超伝導体の特長の可能性がある．実際，最近の準古典理論による計算において，非従来型超伝導の場合に熱ホール係数増大が見られることが明らかになっている．同様の振る舞いは，UPt3においても見られている．
これは超UTe2の熱伝導率を測定した結果，超伝導転移温度以下で熱伝導率が増加することが明らかになった．
伝導転移に伴い熱キャリアの平均自由行程が増加したことによるものと考えられる．
さらに温度を下げると熱伝導率はブロードな極大を示した後，熱キャリア数の減少に伴い熱伝導率は減少に転じる．
そしてT = 0 Kの極限で熱伝導率に常伝導状態の15 ％程度の残留項が存在することが分かった．
この残留項の値は，比熱で見られるものよりも小さい．磁場を印加すると，熱伝導に見られたT c以下の増大は抑制されるとともに十分低温(T < T c )での熱伝導率は磁場とともに緩やかに増加する．
このことから緩やかではあるが磁場による準粒子励起が存在することが分かった．
これは超伝導ギャップにポイントノードが存在することを示唆している．

Sm強相関系における多極子・価数自由度、ウランを含むBiS2系およびYb化合物の超伝導（松田）
Sm化合物においては、さまざまな自由度が複雑に関係し、f 電子の持つ多極子自由度と遍歴性が関わる現象が期待できる。それらの典型的現象と考えられるSmTa2Al20やSmOs4Sb12の「磁場に鈍感な秩序状態及び重い電子状態」を研究した。我々はこの物性異常の特徴を輸送特性から明らかにすると同時に、Sm系全体として普遍的に捉えるために立方晶系の化合物を中心に物性の整理を行い、Smの価数(X線吸収実験より決定)と電子比熱係数の関係にみられる特徴を見出した。
BiS2系の単結晶を用いた精密な低温物性研究をD01計画研究と協力しながら行った。その結果、LaOBiS2系における、結晶構造の低対称化、及びF置換系におけるCDW的転移の存在を明らかにすることに成功した。
また、磁性
希土類元素を含む系では、
これまでの金属系にはない、新たな強相関電子物性が低温において発現することを明
x = 0.3 においてT sc= 約3 Kらかにした。
アクチノイド元素を含むBiS2系化合物La1−xUxOBiSSeの結晶育成にも取り組み、のバルクの超伝導状態を示すことを発見した。
Yb系強相関電子系及び超伝導物質の開発をすすめ、
ごく最近YbOs4Sb12及びYbTr 2Al20(Tr: Mo and Ta)において超伝導状態が発現することを初めて発見し、現在報告論文をまとめている段階である。その他にも3-4-13及び
5-6-18系の結晶構造の決定及び超伝導相を発見した。

トポロジカル超伝導、多極子秩序の理論（柳瀬）局所的な空間反転対称性が欠如した系の超伝導がトポロジカル結晶超伝導相であることを示した。また、4層

計 画 研 究報 告13

CeCoIn5/YbCoIn5超格子においてトポロジカル結晶超伝導が電子相関により破綻することを示した。
また、非共型
UPt3の非共型超伝導を記述するモデルを構築し、Ｂ相が新奇なワイル超伝導であることを示した。
空間群に守られたラインノードのメカニズムを示した。UPt3のＡ相およびUCoGeがそれぞれZ2, Z4メビウス型トポロジカル超伝導であることを明らかにした。UTe2においてクーロン相互作用由来の絶縁体金属転移が起こること
をGGA+U計算により示した。
トポロジカル超伝導の可能性を示し、磁場中の多重相図を提案した。対称性とトポロジーにより超伝導ギャップ構造を包括的に分類し、UTe2, UPt3, UBe13, SrPtAs, MoS2などのギャップ構造を示した。
奇パリティ磁気多極子秩序の例として、BaMn2As2における磁気16極子相を同定し、特徴的な電磁応答を計算した。2層ラシュバ系で電気八極子秩序が起こるメカニズムを示し、例としてSr3Ru2O7と銅酸化物高温超伝導体を提案した。
各結晶系における電気及び磁気の多極子秩序を群論的に分類した。実例として100を超える奇パリティ多極子物質を示した。それらにおける創発電磁応答を多極子表現論により予言した。予言された磁気圧電効果を、公募班の塩見雄毅氏と協力して世界で初めて実証した。
また、電流によりドメイン操作が可能な反強磁性体を分類し、その物質群を示した。
結晶中における磁気四極子・単極子・トロイダル双極子モーメントを定式化することに成功した。
これまでの理論はゲージに依存していたが、局所熱力学を用いることでゲージ不変な表式を得た。その結果により電気磁気効
果と重力電気磁気効果を定式化した。
奇パリティ磁気多極子状態でFFLO超伝導が安定になることを示した。
また、Sr2IrO4を超伝導化することでFFLO相が実現することを予言した。
さらに、奇パリティ磁気多極子揺らぎによりトポロジカルスピン三重項超伝導が起こることを示した。
「強誘電超伝導」を示した。
また、超伝導状態で磁場が強誘電的秩序を誘起する「超伝導マルチフ
SrTiO3におけるェロイクス」を提案した。

14

計画研究報告Ｃ０１：拡張多極子による動的応答

Ｃ０１計画研究 まとめ
網塚浩

北海道大学 大学院理学研究院

藤秀樹

神戸大学 大学院
理学研究科 教授中尾

裕則

高エネルギー加速器研究機構
物質構造科学研究所 准教授

高阪

教授

勇輔

大阪府立大学
工学研究科 助教

楠瀬博明

明治大学 理工学部
教授

御領

潤

弘前大学 大学院
理工学研究科 教授

はじめに研究計画C01では、複数の原子サイトにまたがって構成される「拡張された多極子（Augmented Multipole）」による秩序状態とダイナミクスを実験・理論の両面から解明し、新たな物質機能を開拓することを目標とした。
この5年の間に理論の整備が大きく進展し、数々の理論予想が提唱され、それらを基に様々な実験が展開された。拡張多極子研究の展開は結果としてC01内に留まらず全ての研究項目を巻き込み、領域メンバー間に様々な連携を生み出して進行し、領域活動の終了後も更に発展する兆しを見せている。
ここでは、計画研究各メンバーの研究活動のまとめを報告する。

拡張多極子系における電流磁気応答の観測（網塚）
先ず、磁気トロイダル双極子が強的に秩序し、奇パリティ拡張多極子系の典型例と目されるUNi4Bについて研究を進めた。領域発足時、既に本物質が理論の予想通り、磁気トロイダル双極子に垂直に電流を流すと一様磁化が生じる性質を持つことを確認していた。
しかし、平行方向の電流に対しても磁化が誘起され、理論とは単純には一致しないこともわかっていた。活動期間の前半は、
この実験結果の再現性の確認に多くの労を費やした。結果、理論モデルとは異なる事情が現実の系にはあるとの確証を得るに至り[1]、後半はその原因を探る研究を進めた。
理論と実験の相違の原因としては、(i)電気抵抗の異方性により試料内の電流パスが平行から逸れる、(ii)結晶もし
くは磁気構造の対称性が想定されたものより低い、の二つの可能性が考えられた。その後の実験やシミュレーショ
ンにより(i)の可能性は否定された。一方、(ii)を確認するために着手した共鳴X線散乱実験においては、過去の中性子散乱実験では報告されていない２種類の回折強度の温度依存性を見出した。現時点では、結晶構造が直方晶
Cmcmかそれ以下の対称性を持つこと（後述のNMR実験とも整合）、磁気構造が単純な渦状構造とは異なることまでは結論できるが、対称性の同定には更に注意深い研究が必要である。
次にUNi4Bの対照実験として２つの反強磁性体CeRh2Si2およびCeRu2Al10に着目した。いずれの系も結晶・磁気構造はグローバルな空間反転対称性を保持している。
よって実験の目的は、これらの系を用いて電流磁気応答のない例を示すことにあった。
しかし、予想に反していずれの系でも電流誘起磁化異常が観測された。特にCeRh2Si2
では2種類ある反強磁性相のうち一方においてのみ観測された。温度の違いのみで異常の有無が生じたことは、測定が正しく行われていることを保証すると同時に、電流誘起磁化が磁気構造の変化に対応して生じていることを示している。
以上の研究を通じ、反強磁性体金属において確かに電流磁気応答が生じることが実証された。
しかし、いずれの計 画 研 究報 告15

場合も既知の結晶・磁気構造では禁制となる電流−磁化配置においても磁化誘起が観測され、構造を再評価する必要が生じている。見方を変えるとこのことは、電流下磁化測定が系の隠れた空間反転対称性の破れを敏感に検知する手法になり得ることを示唆する。
この方向性の追究と、引き続き奇パリティ拡張多極子のモデル物質を開拓する研究を更に進めている。

NMRを用いた拡張多極子系の磁性・超伝導の観測（藤）微視的プローブである核磁気共鳴（NMR）の特徴を生かし、局所的空間反転対称性が破れた系で生じる新奇現象と電流磁気効果について研究を行った。
(1) 局所空間反転対称性の破れと磁性
UNi4B単結晶のNMR実験から超微細結合定数の異方性を明らかにした[2]。
さらに、角度分解11B-NMR実験から
複数の四重極分裂によるサテライト信号を検出し、この物質の結晶構造が直方晶で少なくともCmcmもしくはその部分群で説明できることを示した（図1）。
また、NMRス
ペクトル線幅が磁気秩序状態では拡がることを観測し、直方晶bc面内（六方晶面内）の渦状磁気構造と矛盾しないことを明らかにした。
さらにパルス電流をa軸方向に印加すると、磁気秩序に伴いNMRサテライトピークがシフトすることを見いだした。
これは理論が予想する電流印
加によるトロイダル秩序の安定化を示唆する結果と考えられる [3]。

図1: UNi4B単結晶の直方晶a軸(六方晶[0001])に磁場を印加した場
合のNMRスペクトル。サテライト信号が3本であることは、結晶構造が六方晶ではなく直方晶である証拠となる[3]。

この他にも、局所空間反転対称性が破れた磁性体としてCePd2Ga（T N = 3.3 Kの反強磁性体）およびYbRhSb（T C =2.7 Kの弱強磁性体）
を調べた。
いずれも単結晶作製に成功し、前者ではGa-NMRから四重極相互作用定数を決定 [4]、後者ではSb-NMRから四重極秩序変数を決定した[5] 。
(2) 局所空間反転対称性の破れと超伝導
およびLaPd2Al（構造相CaBe2Ge2型の準二次元結晶構造を持つ２つの物質LaPt2Si（CDWと超伝導の共存系）
2
2
転移と超伝導の共存系）に着目し、局所空間反転対称性の破れと超伝導の関係性を調べた。LaPt 2 Si 2 単結晶のPt-NMRから、CaBe2Ge2構造に特徴的な2種類のPtサイトに起源を持つ共鳴線の存在を明らかにし（図2）、詳細な解析からCDWと超伝導に寄与するPtサイトおよび混成バンドを明らかにした [6]。
また、LaPd2Al2においても2種類のAlサイトの存在を明らかにする一方、Alサイトの電子状態は構造転移によりほとんど影響を受けないことを明ら

16

計画研究報告かにした[7]。
また、古くから知られるUPt3の超伝導状態についても研究を進めた。本物質は当初報告された六方晶構造からPt位置がずれた三方晶構造にあり、Uサイトの空間反転対称性が局所的に破れている。NMRナイトシフトの詳細な解析から、重い電子状態は非クラマース基底に起源を持つ状態であり、秩序変数は弱いスピン軌道相互作用でのEu対称性をもつスピン三重項超伝導状態であることを
図2: LaPt2Si2のPt-NMR信号。結晶構造を反映し、2種類のPt信号が観測された [6]。

明らかにした [8]。

放射光を用いた拡張多極子の秩序状態の観測（中尾）
放射光を駆使し、拡張多極子の秩序状態の解明を以下のように進めた。
(1) 複数磁気サイトで形成されるトポロジカルな磁気テクスチャであるスキルミオンやカイラルソリトン状態の観測
を、共鳴X線散乱を用いて推進した。中でも、B01で創出された4f 電子系のスキルミオン状態の候補物質であった
EuPtSiに、共鳴X線散乱による研究を行った結果、磁場誘起相がスキルミオン格子相と期待できるtriple-Qの磁気秩序相であることを解明した（図3）[9]。
さらに、磁気テクスチャのスローなダイナミクスの観測手法と期待されるコヒー
レント回折イメージングの手法開発を進め、
カイラルソリトン格子のイメージングに成功した[10]。
(2) 拡張多極子状態は、原子が複数サイト存在することで初めて出現するものであり、原子間の軌道混成が重要な役割を担っていると言える。そこで共鳴X線散乱手法を用いることで、物性を直接的に担っている金属イオンと、それに配位した原子の電子状態をそれぞれ観測し、軌道混成状態の観測を試みた。その結果、マンガン系人工超格子では、Mn 3dと配位した原子であるO 2pの電子状態を観測することで、系の伝導特性に対応した軌道混成状態の空間的な変調構造の観測に成功した[11]。またスクッテルダイト系でも、f 電子と配位した原子との軌道混成状
態は、p -f 混成と呼ばれ、物性を支配している１つの重要な パラメータとなって いる。そこで 共 鳴 X 線 散 乱 をPrRu4P12に適用したところ、相転移に伴いp -f 混成状態が

図3: EuPtSiの磁場誘起相で観測された (-4,4, 0) 逆格子点周りの回折パターンの模式図（左）と衛星反射のピークプロファイル（右）[9]。

計 画 研 究報 告17

２つのサイトで大きく異なっていることを見出した [12]。
このように本手法を用いることで、強相関電子系の軌道混成が支配する様々な物性を理解する上で重要な情報が得られることを示すことができた。
(3) A01の研究から拡張磁気八極子が起源となる巨大異常ホール効果や巨大異常ネルンスト効果などが、Mn3Snにおいて発見され注目されている。
そこで、
Q = 0での共鳴X線散乱と言えるX線磁気円二色性（XMCD）の手法を本系に適用したところ、拡張磁気八極子を反映していると期待されるXMCD信号の観測に成功した[13]。
さらに、XMCD理論を再考することにより観測された信号が拡張磁気八極子を反映していることが明らかとなった[14]。
この結果は、
これまで難しかった高次多極子状態の観測の可能性を広げるものであり、重要な結果と言える。
研究期間中には博士研究員として、田端 千紘氏（2016年4月〜2018年10月。2018年11月より京都大学複合原子力科学研究所助教）を雇用し、共同で研究を行った。

キラリティを制御した不斉結晶育成手法の開拓（高阪）本研究の目的は、無機キラル化合物の結晶構造のキラリティを制御出来る新規不斉育成手法を開発し、キラル
磁性体の磁気秩序の核心となるDzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用を起源とした新規キラル物性の観測を行うことである。結晶構造のキラリティ制御が困難であることが、キラル磁性体研究における最大の障害となっている。
そこで、以下３つの戦略に沿って研究を行った。
(1) 無機キラル化合物の不斉結晶育成手法の確立
通常の合成手法ではラセミ双晶を形成する水溶性キラル化合物において溶媒を撹拌しながら結晶育成を行う撹
拌法を考案した。具体的には、無機キラル磁性体CsCuCl3（空間群: P6122 or P6522）において、図4に示すようなcm
オーダーの結晶キラリティを完全に単一にした不斉単結

図4: キラル磁性体CsCuCl3の不斉単結晶育成。

晶を得ることに成功した[15]。
また、レーザー式浮遊帯域（FZ）法により、無機キラル磁性体TSi（空間群: P213, T: 遷移金属元素）及びTSi2（空間群: P6222 or P6422）の大型不斉単結晶育成に成功した。
(2) キラル磁性体で発現する磁気構造の観測
CsCuCl3はらせん磁性体として認識されていたが、本物質の結晶キラリティがDM相互作用を通じてらせん磁気構造のヘリシティと結合するか否かは長年議論の対称とされてきた。撹拌法で得られたCsCuCl3の不斉単結晶試料
で偏極中性子回折測定を行うことにより、本物質の結晶キラリティがらせん磁気構造のヘリシティと結合し、本物質がキラルらせん磁気秩序を形成することを実験的に明らかとした[15]。
また、本物質で高圧下及び強磁場下の磁化測定を実施し、圧力誘起の1/3プラトーの観測に成功し、本物質においてup-up-downのスピン構造を形成するこ

18

計画研究報告とを明らかとした[16]。
(3) 不斉キラル磁性結晶で発現するキラル物性の観測
キラル磁性体で観測される磁気キラル二色性 （MChD）や電気磁気キラル（eMCh）効果といった非相反効果は、ラセミ双晶結晶の場合、左右両方の結晶ドメインが存在することによりその効果が相殺されてしまう為、不斉単結晶による測定が大前提となる。不斉単結晶の育成が可能となったことにより、CsCuCl3において磁気キラル二色性（MChD）[17]、CrNb3S6において電気磁気キラル（eMCh）効果[18] の観測に成功した。

拡張多極子の基礎理論の整備（楠瀬）我々は、結晶中の電子がもつ任意の自由度を表現できる拡張多極子理論の整備を行ってきた。多極子には時間反転と空間反転の偶奇性の組み合わせの異なる4種があり、良く知られた電気と磁気の多極子の他に電気・磁気ト
ロイダル多極子が存在する（図5）。
これら4種の量子力学的演算子表現を導出[19]し、32結晶点群に基づいて拡張
多極子とそれに関係する交差相関応答を分類[20]した（図6）。
これらの理論的枠組みを用いて、磁気トロイダル双極子秩序による電流磁気応答（UNi4B）[21]や非相反マグノン
また、多軌道ハニカムハ（α-Cu2V2O7）[22]、Cd2Ru2O7の電気トロイダル四極子秩序（図3）[23] 等の提唱を行った。
バード模型に対して、可能な多極子秩序を分析[24]し、特異な光学選択則を導出[25]した。
一方、副格子にまたがるクラスター多極子の考え方を応用し、結晶点群の既約表現で分類された磁気構造基底を生成するアルゴリズムを考案した[26]。非共線磁気構造を含む任意の磁気構造を基底分解できることから、密度汎関数法による複雑な磁気秩序の探索安定性が大幅に向上した。

図5: 4種の多極子

図6: 多極子と交差相関の関係

計 画 研 究報 告19

さらに、スピン軌道相互作用によらないバンドの非対称スピン分裂や多様な交差相関応答の新しい機構を提唱
し、副格子ホッピング変調を表すボンド多極子とクラスター多極子による解釈を与えた： (1) 共線反強磁性秩序による対称スピン分裂の機構 [27]、(2) 三角形状のユニットをもつ結晶構造における120°
反強磁性秩序による反対称
スピン分裂の機構[28]。
この機構により、有機反強磁性体を用いたスピン流生成の実現可能性を指摘した[29]。
研究期間中には博士研究員として、柳 有起氏（2016年4月〜2018年11月。2018年12月より東北大学金属材料研究所助教）を雇用し、共同で研究を行った。

局所空間反転対称性の破れた系における超伝導（御領）
我々は主に、D01野原らにより発見された空間反転対称性を局所的に破る蜂の巣ネットワーク超伝導体
SrPtAsに関する理論的考察を行った。μSR実験では転移温度以下において内部自発磁場が観測されている。
この結果と群論的考察[30]、および繰り込み群的手法を用いた理論計算を照らし合わせると、dx2-y2 + id xy型のカイ
ラルd-波対が形成されている可能性が高い。カイラルd-波状態は時間反転対称性を破るトポロジカルな超伝導状態であり、dxz + idyz型とdx2-y2 + idxy型２つのタイプが存在するが、後者はこれまで発見されておらず、SrPtAs
ところが核磁気緩和率T 1-1はTc直下での大きなヘーベが初めてのdx2-y2 + idxy -波超伝導体となる可能性が高い。
ル・スリッターピークと低温での熱活性的減衰を示し、また超流動密度 ns も低温で熱活性的な温度依存性を見せるなど、単一バンド模型ではs-波状態を仮定しない限り説明できない実験結果が得られている。そこで我々は
SrPtAsの多バンド構造を考慮に入れ計算を行った[31]。その結果、d x2-y2 + id xy -波状態を仮定した場合でも、実よって、d x2-y2 + id xy -波状態はこれまで行われた験で観測されたT 1-1やn sの振る舞いを説明できることを示した。
うちでは全ての実験と矛盾しない唯一の状態ということになり、現象論的観点からすれば、最も実現している可能性が高い状態と結論される。
また我々は、局所空間反転対称性の破れによる内因性スピン軌道相互作用と、カイラルd-波ペアリングの両方を起源として、試料表面に自発スピン分極が生じることを示した[32]。カイラルd-波状態はカイラル表面状態をトポロジカルにサポートするが、スピン軌道相互作用が表面状態のスペクトルにスピン分裂を引き起こすため、スピン分極が生じる。
これは表面自発スピン分極の新たな機構といえる。
このことから、渦糸の芯においてもスピン分極が発生することが期待される。
このような渦糸のフラックス・フローを考えると、誘起電場に対して垂直方向にスピンが輸送されるため、新たな機構によるスピンホール効果が起こることとなる。
研究期間中には博士研究員として、飛田 豊氏（2016年4月〜2018年3月。2018年4月より北海道科学大学講師）と植木 輝氏（2018年4月〜2020年3月。2020年4月よりノース・ウエスタン大学博士研究員）の２名を雇用し、共同で研究を行った。

20

計画研究報告まとめ
拡張多極子の新概念に基礎を置き新たな物質観を構築するという大きな目標を掲げてスタートした本計画研
究は、当初の期待どおり領域全体の目標でもあるd電子系分野とf 電子系分野の融合研究を生み出す土壌を育むことに成功し、既存の様々な物性研究プロジェクトにも波及しつつ、今後更に発展する可能性を示している。
この
5年間は理論も実験も基礎固めを主眼に研究が進められたが、幅広い物質系への理論展開や新規実験手法の開拓、新たな物質設計指針などの着実な萌芽がみられる。そして何よりも固体物理学のこの新たな展開に強い興味を抱き、深く理解し挑戦しようとする多くの学生や若手研究者の姿がみられる。本領域が生み出した新たな学術潮流の将来を牽引する原動力となることが大いに期待される。

[1] H. Saito et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 033702 (2018); H. Saito,
J-Physics NEWS LETTER #6, 69 (2018).
[2] Y. Kishimoto et al., Physica B 536, 320 (2018).
[3] R. Takeuchi et al., JPS Conf. Proc. 29, 013001 (2020)[4] Y. Kishimoto et al., J. Phys.: Conf. Ser. 807, 012005 (2017).
[5] Y. Kishimoto et al., J. Phys.: Conf. Ser. 807, 012014 (2017).
[6] T. Aoyama et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 124713 (2018).
[7] T. Aoyama et al., Physica B 536, 320 (2018).
[8] T. Aoyama et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 064706 (2019); Physica B:
Condens. Matter 570, 349 (2019).
[9] C. Tabata et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 093704 (2019); C. Tabata,
J-Physics NEWS LETTER #8, 48 (2019).
[10] C. Tabata et al., accepted in JPS Conf. Proc.
[11] H. Nakao et al., Phys. Rev. B 98, 245146 (2018); H. Nakao et al.,J-Physics NEWS LETTER #8, 70 (2019).
[12] H. Nakao et al., J. Phys.: Conf. Ser. 969, 012118 (2018).
[13] M. Kimata et al., to be prepared.
[14] Y. Yamasaki et al., arXiv:1909.08179.
[15] Y. Kousaka et al., Phys. Rev. Materials 1, 071402 (2017).
[16] A. Sera et al., Phys. Rev. B 96, 014419 (2017).
[17] N. Nakagawa et al., Phys. Rev. B 96, 121102 (2017).

[18] R. Aoki et al., Phys. Rev. Lett. 122, 057206 (2019).
[19] S. Hayami and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 033709 (2018).
[20] S. Hayami et al., Phys. Rev. B 98, 165110 (2018).
[21] S. Hayami, H. Kusunose, and Y. Motome, Phys. Rev. B 90,
024432 (2014).
[22] S. Hayami, H. Kusunose, and Y. Motome, J. Phys. Soc. Jpn. 85,053705 (2016).
[23] S. Hayami et al., Phys. Rev. Lett 122, 147602 (2019).
[24] S. Hayami, H. Kusunose, and Y. Motome, J. Phys.: Condens.
Matter 28, 395601 (2016).
[25] Y. Yanagi and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 86, 083703 (2017).
[26] M.-T. Suzuki et al., Phys. Rev. B 99, 174407 (2019).
[27] S. Hayami, Y. Yanagi, and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 88,
123702 (2019).
[28] S. Hayami, Y. Yanagi, and H. Kusunose, arXiv:2001.05630.
[29] M. Naka et al., Nat. Commun. 10, 4305 (2019).
[30] M. H. Fischer, and J. Goryo, Phys. Soc. Jpn. 84, 054705 (2015).
[31] J. Goryo et al., Phys. Rev. B 96, 14502(R) (2017).
[32] H. Ueki, R. Tamura, and J. Goryo, Phys. Rev. B 99, 144510(2019).

計 画 研 究報 告21

Ｄ０１：強相関多極子物質の開発

Ｄ０１計画研究 まとめ
野原実

岡山大学異分野基礎科学研究所

水口佳一

首都大学東京
理学研究科

1.

鬼丸

孝博

広島大学
先端物質科学研究科

教授

秋光

純

岡山大学
異分野基礎科学研究所

播磨

尚朝

神戸大学
理学研究科

はじめに

本研究計画では，「パリティ混成」と「ジグザグ構造」をキーワードとして，強相関多極子系を研究するための物質開発を行った．
ジグザグ構造とは原子位置に空間反転対称性を持たず，ボンドの中点にこれをもつ構造で，ハニカ
ム構造やダイヤモンド構造がこれにあたる．
この構造に重原子を配置したとき，強いパリティ混成効果とスピン軌
道相互作用が協奏し，スピンと軌道の自由度が一体となったパリティ混成複合自由度（強相関多極子）が生じ，特異な奇パリティ多極子やエキゾチックな超伝導などが期待される．開発された多数の物質の中からいくつかを紹介する．空間反転対称性の有無の比較ができる複数の物質系を見いだした点が自慢できる．

2.

パイライトとウルマナイト

黄鉄鉱FeS2に代表されるパイライト構造（空間群Pa3￣, T h6, #205）は，図1(a)に示すように，遷移金属元素Tと陰イオンXからなる等核二原子分子X2が岩塩構造に配列した立方晶の構造を取る．
フルシンボルの空間群はP21/a3￣である．X2を異核二原子分子XYに置き換え，2回らせん軸21と立方対称性を保つようにXY分子を配置すると，図1(b)に示したウルマナイト構造（P213, T 4, #198）が得られる．代表例が硫安ニッケル鉱NiSbSである．パイライト構造は
空間反転対称性を有するが，ウルマナイト構造ではそれが破れている．
このため，パイライトとウルマナイト化合物
は，空間反転中心の有無に依存する物理研究の格好の舞台となる．その一つがスピン軌道相互作用によるバンドのスピン分裂である．播磨と大貫らはdHvA効果の実験とバンド計算から，パイライトCoSe2, AuSb2にはフェルミ面のスピン分裂が存在しないが，ウルマナイトNiSbS, PdBiSeには存在すること，さらにPdBiSeのほうがNiSbSに比べてスピン分裂が大きく，
これは主にBi 6pとSb 5p軌道のスピン軌道結合の大きさの違いに起因することを明らかにした[1‒3]．
フェルミ面の分裂は，NiSbSで260 K程度，PdBiSeで1260 K程度であった．

3.

空間反転対称性の破れた金属における軌道交差

映進面やらせん軸などの部分並進対称性を含む非共型（ノンシンモルフィック）空間群に属する対称性を持つ系
では，
ブリルアンゾーンの特殊点（線）においてバンドの合体（軌道交差）がおこる．
このため，スピン分裂したバン￣ 3d, T d6, #220）のdHvA実験において観測
ド（フェルミ面）が特殊点（線）の上で交差する．
この軌道交差がYb4Sb（I43
され，播磨らの理論計算により説明された[4]．例えばスピン分裂したフェルミ面γがΓ-H線上で交差し，磁場中でサイクロトロン運動する電子の軌道が一方のフェルミ面からもう一方へと切り替わることが可能になる．軌道交差が4カ所で起こるためdHvAで5つの極値断面積が観測される．軌道が切り替わる確率は，スピン分裂したフェルミ

22

計画研究報告面上でロックされたスピンの方向により決まる．同様の軌道交差現象が，共型のHgSe（F4￣ 3m, T d2, ＃216）においても観測されている[5]．

4.

j-フェルミオン物質：超伝導と熱電特性

非共型空間群を持つ系においては，前述したバンドの合体により，質量ゼロのカイラルフェルミオン
（ j = 1/2 Weyl
fermionやj = 3/2 Rarita-Schwinger-Weyl fermion）が現れる可能性がある[6,7]．
これらのj-フェルミオンがクーパー対を形成し超伝導を示さないだろうか．公募研究の岡本らはウルマナイト構造を持つPtSbS（P213, T 4, #198）が約0.1 Kの低温で超伝導を示すことを見出した [8]．j-フェルミオンが存在すると考えられるバンドの縮退点がE F から離れているのでj -フェルミオン超伝導というわけではないが，スピン分裂したフェルミ面において現れた超伝導という点で興味深い．
この構造は，図2(a)のようにウルマナイト
同様のバンド構造がLaIrSi型構造（P213, T 4, #198）においても現れる．
TXYにおける陰イオンの一つXを陽イオンAに置き換えてATYとしたもので，EuPtSiもこの構造をとる．LaIrSi型構造
は，陰イオンからなる異核二原子分子XYを含まないので，
ウルマナイトとは「化学」的には別物だが，対称性に依存した「物理」は同じである．実際，岡本らが開発したBaPtPおよび野原らが開発したα-BaPtAs（共にP213, T 4, #198）のバンド構造はウルマナイトPtSbSのそれと類似し，
しかもj -フェルミオンが存在すると考えられるバンドの縮退点がフェルミ準位近傍に位置した．BaPtPは約0.2 Kで超伝導を示した[9]．一方でα-BaPtAsは0.1 Kまで超伝導を示さなかった[10]．
ウルマナイト構造をとる化合物など，点群T対称性を持つ系は，線型分散するバンドがΓ点において多重縮退することがある．野原らは多重縮退（すなわち高エントロピー）
フェルミオンが示す熱起電力の研究を進め，RhBiSeが金
属的な電気伝導を示すにも関わらず高温で‒100 μV/Kを超える巨大な熱起電力が現れることを見出した [11]．

5.

秩序型ハニカム構造からなる超伝導体

局所的に空間反転対称性が破れた系として秩序ハニカム構造を持つ化合物の開発が進められた．野原らは，三とγ-BaPtAs
元系BaPtAsが，先述した立方晶ウルマナイト構造に加えて，六方晶構造β-BaPtAs（P6￣m2, D 13h, #187）（P63/mmc, D 46h, #194）を取り，それぞれ2.8 Kおよび2.1‒3.0 Kで超伝導を示すことを見出した[10]．
さらにAsをSbに置換したBaPtSb（P6￣m2, D 13h, #187）は1.64 Kで超伝導を示した[12]．立方晶α-BaPtAsは，図2(b)のようにPtAs3平面三角形が頂点を共有しながら，いわゆる「延齢草」型の3次元ネットワークを形成するが，六方晶構造では図3のようにPtAs3平面三角形が頂点を共有しながら平面ネットワークを形成する．
これがPtとAs (Sb)が交互に占有した秩序ハニカム層である．類似の構造が2.4 Kで超伝導を示すSrPtAs（P63/mmc, D 46h, #194）にも見られる．β-BaPtAsではグ
ローバルに空間反転対称性が破れており，（教科書通りに）
スピン分裂したフェルミ面が存在する[13]．一方でハニ

計 画 研 究報 告23

カム層の積層パターンが異なるγ-BaPtAsとSrPtAsは空間反転中心を有するが，単一の秩序ハニカム層における局所的な空間反転対称性の破れと，単位胞に複数の秩序ハニカム層が存在することに起因して，（教科書とは異なった形での）バンドのスピン分裂が生じる[14]．御領らは，これらの系においてカイラルd波超伝導などのエキゾチック超伝導が現れることを理論的に指摘した[15]．μSRにより超伝導状態における内部磁場の発達が観測され，実験的にもカイラル超伝導が示唆された[16]．
￣m, D 53d, #166）
水口らはバックルした秩序ハニカム層SnAsとSnPを含む新超伝導体Na1+xSn2As2とNa1‒xSn2P（共にR32を発見した[17-20]．層間の化学結合はvan der Waals力によるもので，2次元的な電子構造を持つ．そこで現れる特異なフェルミ面の形状に起因して，面内と面間方向での伝導キャリアの符号が異なるという現象が報告された
[21]．

6.

Pr系における希薄四極子近藤効果

さらに低鬼丸らはPrIr2Zn20（Fd3￣m, O 7h , #227）が4f 2 電子配置のPr3+に起因する反強四極子秩序を0.11 Kで示し，
温0.05 Kで超伝導と共存することを明らかにしていた [22]．今回その希薄系Y1‒xPrxIr2Zn20において希薄四極子近藤
効果が現れ，そこでの非フェルミ液体挙動が約30年前に理論的に予測されていた単サイトの電気四極子による2チャンネル近藤効果により説明できることを明らかにした[23]．さらに公募研究の柳澤らは，希薄系における電気￣ 3m, T 2d,
四極子の存在を超音波測定によって実証した [24]．
また，新物質の単結晶育成にも取り組み，PrMgNi（F44#216）において四極子の凍結を見出した[25]．図4に示すように立方晶ラーベス相のAサイトをPrとMgが秩序占有することで空間反転対称性の破れが生じる．

7.

重い遷移金属元素イリジウムを含む超伝導体

C 43ν, #159）およびMg2Ir3Si（P63/mmc, D 46h, #194）を見出した
野原らは秩序型ラーベス相化合物Li2IrSi（P31c,3[26]．超伝導転移温度はそれぞれ3.8 Kおよび7 Kであった．前者は空間反転対称性が失われた極性構造を持つ．秋￣m, D 53d, #166）を発見した[27]．超伝導転移温度は3.3 Kであった．
また秋光らは立方晶ラーベス相光らはLi2IrSi（R32￣m, O 7h , #227）が5.8 Kで超伝導を示すことを発見した[28]．図4に示すようにPrMgNi4の構造と比較するとSrIr（Fd3
2
面白い．
秋光らは5d遷移金属酸化物Sr2IrO4の超伝導化に取り組んだ．Sr2IrO4は銅酸化物高温超伝導体と類似した結晶構造を持ち，Ir 5d軌道の強いスピン軌道結合に由来するj = 1/2フェルミオンが強い電子相関により局在化した反強磁性モット絶縁体である．電子注入による超伝導化は本計画研究のハイライトの一つであったが，8%を超える
ドープが出来ないという問題があった．試行錯誤の結果，メカニカルアロイ法によりドープ限界を15%まで引き上げることができた．光電子分光により，銅酸化物高温超伝導体と同様のギャップ内状態の成長が観測され，この系

24

計画研究報告の金属化（さらには超伝導化）が目前であることが確認できた．
またドープによって反強磁性の長距離秩序が抑制され，グリフィス相と呼ばれる反強磁性の短距離秩序が現れることが明らかになった[29]．

8.

BiS2系超伝導体の展開

2012年に水口らが発見したBiS2系超伝導体について，
ブロック層の概念に立脚した物質開発を展開し，12を超え
D 74h , #129）はBiS2超伝導層とLaOブロック層が交互に積る新しい基本構造が開発された[30]．LaOBiS（P4/mmm,
2
D 74h , #19）やEu3F4Bi2S4層した構造をとる．
このLaO層を別のブロック層で置き換えることで，SrFBiS（P4/mmm,
2（I4/mmm, D147h , #139）などの新物質が次々と開発された．
さらにBiS2超伝導層を多層化したLaOBiPbS3やLa2O2Bi3AgS6が開発された．
これらの物質において，超伝導発現条件や熱電特性，電荷密度波の発現などが明らかになった．

図1. (a)パイライトおよび (b)ウルマナイトの結晶構造.

図3. (a)六方晶β-BaPtAsの結晶構造．平面三配位のPtAs3が頂点を共有しながら２次元のハニカムネットワークを形成する．図2(b)の３次元延齢草ネットワークと対照的である．(b)SrPtAsの結晶
構造．秩序ハニカム層がABABのパターンで積層するため空間反転対称性が復活する．

図2. (a)立方晶α-BaPtAsの結晶構造．図1(b)のウルマナイト構造と見較べてほしい．(b)平面三配位のPtAs3が頂点を共有しながら延齢草ネットワークを形成する．

図4. (a)立方晶ラーベス相化合物SrIr2の結晶構造．(b)PrMgNi4の結晶構造．AサイトをPrとMgが秩序占有することで空間反転対称性が破れる．

計画研究報告25

[1] A. Teruya et al., J. Phys. Soc. Jpn. 85, 064716 (2016).
[2] M. Kakihara et al., J. Phys. Soc. Jpn. 84, 094711 (2015).
[3] M. Kakihara et al., J. Phys. Soc. Jpn. 84, 033701 (2015).
[4] N. Kimura et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 114708 (2018).
[5] H. Harima, unpublished.
[6] P. Tang et al., Phys. Rev. Lett. 119, 206402 (2017).
[7] B. Q. Lv et al., Phys. Rev. B 99, 241104(R) (2019).
[8] R. Mizutani et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 093709 (2019).
[9] Y. Okamoto et al., JPS Conf. Proc. 29, 011001 (2020).
[10] K. Kudo et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 073708 (2018).
[11] F. Abersano et al., unpublished.
[12] K. Kudo et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 063702 (2018).
[13] H. M. Tutuncu et al., Phys. Rev. B 100, 174507 (2019).
[14] S. J. Youn et al., Phys. Rev. B 85, 220505(R) (2012).
[15] H. Ueki et al., Phys. Rev. B 99, 144510 (2019).
[16] T. Adachi et al., KEK-MSL Report 2017, 54 (2018).
[17] Y. Goto et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 123701 (2017).
[18] K. Ishihara et al., Phys. Rev. B 98, 020503(R) (2018).
[19] H. Yuwen et al., Jpn. J. Appl. Phys. 58, 083001 (2019).
[20] Y. Goto et al., Sci. Rep. 8, 12852 (2018).
[21] B. He et al., Nature Mat. 18, 568 (2019).
[22] T. Onimaru et al., Phys. Rev. Lett. 106, 177001 (2011).
[23] Y. Yamane et al., Phys. Rev. Lett. 121, 077206 (2018).
[24] T. Yanagisawa et al., Phys. Rev. Lett. 123, 067201 (2019).
[25] Y. Kusanose et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 083703 (2019).
[26] K. Kudo et al., J. Phys. Soc. Jpn. 89, 013701 (2020).
[27] K. Horigane et al., New J. Phys. 21, 093056 (2019).
[28] X.-F. Yang et al., J. Phys. Condens. Matter 32, 025704 (2020).
[29] K. Horigane et al., Phys. Rev. B 97, 064425 (2018).
[30] Y. Mizuguchi, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 041001 (2019).

26

計画研究報告研究解説

カイラル磁性：実験の立場から
大原繁男

名古屋工業大学大学院 工学研究科

物理工学専攻１．はじめに ― 分野の常識を持つ
私たちは研究に際し「分野の常識」を持つ必要があります．佐藤英行先生は「得られた実験結果の検討において，関連分野の常識の備えと執拗さが，大事です」と記されました[1]．
この助言を読んだ頃，私は奇妙な磁化曲線に遭遇しており，それがカイラル磁性によるものと気づいたとき，このことを痛感しました．
初学者にとって分野の常識を持つことは容易ではありません．
そんなときに役立つのが，ニュースレター

図１

ソンケ群

や夏の学校のテキストだと思います．
ここではカイラル磁性の解説を試みますが，私も初学者にすぎません．
しかし，私が分野の常識を持とうとして，体験したこと，学びつつあること，考えていることを紹介すれば，みなさんの役に立つと考えて執筆を引き受けました．
カイラル磁性については優れた解説がすでに多数あります[2]．
この解説をきっかけに学んでいただけると幸いです．
そもそもカイラリティ，
日本語で対掌性，とは何でしょう．何が面白いのでしょう．結晶構造が対掌性を持ち，それが磁性と結びついたとき，さらには伝導と結びついたとき，面白い物理が予想されます．
しかし焦らずに行きましょう．デカルトは「裸足になった自分の両足を見下ろして，笑い出さない者は，ユーモアのセンスに欠けているのか，
対称性ということが分かっていないかのどちらかだ」と言っています[3]．私はユーモアのセンスには自信があるので，対称性が分かっていないようです．対称性から始めましょう．

２．対象物の対掌性と対称性― ソンケ群

対掌性をもつ結晶はソンケ群（Sohncke space group）と呼ばれる空間群に属しています．図１は結晶空間群が対掌性の観点からどのように分類されるかを示したものです[4]．対掌性とは何でしょう．手のひら（掌）のように，鏡に映
した像
（鏡像）
が元の像
（原像）
と一致しないこと，という答えが多いでしょうか．
このことを対称操作から整理します．
─
図2(a)のように座標を置き，x y 面を鏡映面とする鏡映操作（m =2 ）を行列M x y で表すと，式(1)中の3×3行列になります．
これにより，鏡映操作はz座標だけを反転させることがわかります．つまり鏡像は，よくある誤解として左右が[1] 佐藤英行，重い電子系の形成と秩序化ニュースレター，5 (2)，6 (2013).
[2] 例えば，J. Kishine and A.S. Ovchinnikov, Sol. Stat. Phys. 66, 1-130 (2015); Y. Togawa, Y. Kousaka, K. Inoue, and J. Kishine, J. Phys. Soc. Jpn., 85, 112001 (2016).;
また，『固体物理』誌には本稿に関係するわかりやすい解説が多数掲載されている．
[3] H. Brunner, 柳井 浩 (訳)『右? 左? のふしぎ』丸善出版（2013）．
[4] http://reference.iucr.org/dictionary/Sohncke̲groups. International Union of CrystallographyのOnline Dictionary of CRYSTALLOGRAPHY
は結晶学の言葉の理解などに役立つ．

研究解説

27

逆になるのではなく，前後が反転していると理解できます．

(1)

注目すべきは行列式です．鏡映も含め，回反操作の行列式は‒1となり，第二種対称操作と呼ばれます．回転操作の行列式は１となり，第一種対称操作といいます．並進も加えると，第一種には並進とらせん，第二種には映進が加わります．対掌性をもつ物（Chiral，キラル，
カイラルな物）に第二種操作を行なった後，第一種操作を用いても元に戻せません．つまり，第二種操作により，左右性が逆の状態に移ります．対掌性をもたない物（Achiral，
アキラル，
ア
カイラルな物）は，第二種操作を行った後に第一種操作により元に戻せます．
これにより対象物が対掌性を持つかどうか対称操作で調べられます[5]．図２のつるつる人形は，(a)はカイラル状態，(b)はアカイラル状態です．
対掌性は結晶に限ったことではありません．対掌性をもつ物（例えば，空間群，結晶，分子など）には，左と右で表現される２つの状態（例えば，P3121とP3221，
左旋性水晶と右旋性水晶，L-グルタミン酸とD-グルタ
ミン酸など）が存在します．図１の理解に戻ります．230の結晶空間群の対掌性を吟味すると208の アカイラル
ついさらにと22（11対 ）のカイラル空間群に分類できます．
208のアカイラル空間群は第一種操作「のみ」をもつ

図２

鏡映操作

43の空間群と第二種も含む165の空間群に分けられます．
この165の空間群に属する結晶は，対称操作に第二種を含むことから，
アカイラル構造を持っています．残りの第一種対称操作のみをもつ65の空間群をまとめてソンケ群と呼び，
ソンケ群に属する結晶は鏡像体が許されます．
簡単には，空間群を国際記号で表したときに，数字しか含んでいな
ついければソンケ群に属します．
注意点は，
カイラル空間群と言ってよいのは22（11対 ）の空間群だけであることです．
これで，結晶空間群が決定できば，
カイラル結晶かどうか判別ができる常識が身についたことになります．

３．結晶の絶対構造の決定― 裏も表も測る

新物質を発見した場合，その構造を決定することは極めて重要です．通常，X線を用いて結晶構造を測定しますが，カイラル結晶の場合は，異常散乱を用いて，その絶対構造（absolute structure）を決定する必要があり[5] ネスポロ・マッシモ，日本結晶学会誌，58, 251 (2016).
[6] H. D. Flack and G. Bernardinelli, Acta Cryst. A55, 908 (1999).
[7] 齋藤喜彦，日本結晶学会誌，30, 25 (1988).

28

研究解説

ます[6, 7]．異常散乱と絶対構造の測定について説明します．
まず，異常散乱について簡単に述べます．元素のX線吸収スペクトルは波長とともに増大しますが，K端やL端といった吸収端で急激に減少します．吸収端から離れた波長での散乱を正常散乱と呼びます．吸収端近傍では入射X線が一部原子に吸収され，異常散乱が生じます．近年，散乱X線強度を精度よく測れるようになり，実験室系の単結晶
Ｘ線回折装置において異常散乱の観測が可能になりました．重要なのは，正常散乱では原子散乱因子が実数であるのに対し，異常散乱では複素数になることです．
原子により散乱されたX線の振幅と位相は式(2)の構造因子で与えられます．
ある結晶面の表と裏からの反射(2)を考えたいので，指数とについて示しました．
ここで f j は原子散乱因子で，x j ，y j ，z j は決定したい原子座

標です．正常散乱では，f j が実数のため，式(2)は互いに複素共役になり，同じ強度になります．つまり，ある結晶面の表と裏からの反射強度は等しいというフリーデル則が成り立ちます．異常散乱が寄与すると，f j が複素数になることから，
フリーデル則が破れる場合がでてきます．
右と左の結晶の方位の違いも含めた原子の配置のことを絶対構造といいます．互いに対掌な原子配置があった
ときに，適切な座標軸により，それぞれの原子座標は(x j ，y j ，z j（右結晶）)と(-x j ，-y j ，-z j（左結晶）)にとることができ
ます．結晶が反転心をもつ場合は，原子座標(x j ，y j ，z j )に対して反転操作した(-x j ，-y j ，-z j )に同じ原子が存在しま
すから，異常散乱が影響してもフリーデル則は成立します．
しかし，反転心がない場合は，異常散乱があるとフリー
デル則は破れと反射に強度差が生じます．
そこでととを独立の反射として測定して構造解析をおこなうことにより，絶対構造が決定できます．
異常散乱を考慮するために導入されたのが次式のFlackパラメータxです[8,9]．Flackパラメータは，測定(5)

している反転心のない結晶の反転双晶を仮定し，解析のために置いたモデル構造に対して構造が反転している体積の割合をxとしています．x=0であれば，モデル構造と一致しています．x=1であれば，測定している結晶はモデル[8] H. D. Flack, Acta Cryst. A39, 879 (1983).
[9] 大場茂，日本結晶学会誌，47, 285 (2005).

研究解説

29

構造を反転した構造を持っています．Flackパラメータは，原子座標など他の構造パラメータと独立性があり，標準偏差も得られます．絶対構造を決める場合，その標準偏差が十分小さくなっているかどうかの確認が必要です．結晶の表も裏も十分なデータをとること，試料形状の影響が無視できるかどうかにも注意しなくてはなりません．
このような注意を守れば，カイラ
ル結晶の絶対構造を決定できるようになります．
私が冷や汗をかいた経験を紹介します．我々が研

図３

結晶対掌性はどのように磁気構造に影響するのか究している三方晶YbNi 3 Al 9 は空間群R32（No.155，
D3）に属すカイラル物質です．ある時，X線回折実験を後ろで見ていると測定していた学生が「あー，だめだ，六方のやつだ」と言うのです．説明を聞くと，仮測定をして，質の高い結晶かどうかを判別していくが，その際に六方晶と判定される試料がある，とのことでした．違う物質が混じっているのかと問うと，そうは思わないと言います．それならば測定して解析しなさい，と助言しました．結果，主軸を同じくして右結晶と左結晶が反転双晶を形成しており，
Flackパラメータは約0.5となりました．その時まで学生が報告するFlackパラメータは1か0でしたから，YbNi3Al9では反転双晶はないと判断してしまうところでした．

４．反対称相互作用と守谷ルール
カイラルな結晶構造に磁気モーメントが配置されると磁気構造にねじれが生じることがあります．図３は微視的な結晶構造対掌性と巨視的な磁気構造対掌性が反対称スピン軌道相互作用を介して結びつく概念図です．磁気モーメントが軸性ベクトルであることも大事な基礎知識です．
いよいよDzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）[10,11]の話ですね，と言ってもらえると嬉しいのですが，正直なところ，DMIは直感的に理解しようとしても（少なくとも私には）歯が立ちません．そこで結晶磁気異方性から考えてみます．磁気秩序が生じると，磁気モーメントは磁化容易軸と呼ばれる結晶構造と関連づいた向きを持ちます．
交換相互作用（ハイゼンベルグ相互作用）は等方的で対称相互作用（symmetric interaction）
ですから，磁気異方性は交換相互作用からは生まれません．結晶磁気異方性は，磁気モーメントが結晶構造となんらかの結合をしていることを意味しています．一般に，格子と結合するのは電子の軌道です．結果，スピンと格子はスピン軌道相互作[10] I. E. Dzyaloshinskii, Sov. Phys. JETP 19, 960 (1964); Sov. Phys. JETP 20, 223 (1965); Sov. Phys. JETP 20, 665 (1965).
[11] T. Moriya, Phys. Rev. 120, 91 (1960).

30

研究解説

用を介して格子と結合します．
この軌道の寄与は磁気相互作用にも異方性を与え，反対称相互作用（antisymmetric interaction）が生じます．
反対称相互作用は，一般にDMIと呼ばれ，二つのスピンSA とS B について，(4)と表すことができます．DはDMベクトルと呼ばれる実ベクトルで，考えている２つの磁性イオンA，B間の対称性によってその有無と方向が決定されます．その大きさはスピン軌道相互作用に比例すると言ってよいと思いますが，
せいぜい，1K程度のエネルギーしかありません．
反対称相互作用が磁気構造に影響するかは，次のいわゆる守谷ルール[11]で検証しなくてはなりません．
２つの磁性イオンA，Bの中点をCとしたとき，
ⅰ）C点に反転中心があるときはD = 0．
ⅱ）C点を含むABに垂直な鏡映面があるとき，D は鏡映面に含まれる．
ⅲ）ABを含む鏡映面があるとき，D は鏡映面に垂直．
ⅳ）C点においてABに垂直な２回軸があるとき，D はその２回軸に垂直．
ⅴ）ABを軸とするn回軸（n ≥ 2）があるとき，D はABに平行．
の弱強磁性が説明されたと「一行」書いてある教科書をよく見ますが，簡単ではDMIによりαFe2O（ヘマタイト）
3
─ありません．αFe2O3の空間群はR3 cであり，反転心があります．αFe2O3の弱強磁性を理解するには，単位胞内にあついる4つの鉄イオンのすべての対 に対するDMベクトルの向きと大きさを仮定し，そこに磁気モーメントを配置して，考えなくてはなりません[12]．αFe2O3では，守谷ルールと照らして，DMベクトルはc 軸を向いています． モーリン温度と呼ばれる260K以下では磁化容易軸がc 軸であるため，式(4)からわかるように，DMIは働きません．モーリン温
度以上では容易軸がc 面内に変わります．すると，DMIでエネルギーの得が出るような磁気モーメントの配列となり，傾角反強磁性秩序による弱強磁性が現れます．
DMIという言葉は広く使われていますが，私は安易な使用に抵抗感を持っています．例えばスピントロニクス分野では薄膜界面の反転対称性の破れによる界面DMIといった表現があります．
これは，半導体表面の自由電子に対するラシュバ効果という言葉を結晶に対しても使うことと似ており，対称性は同じでも対象物の状態は異なるので気になります．希土類金属磁性体を考えてみると，強くLS結合した磁気モーメントについて磁気異方性の強い状[12]安達健五,『化合物磁性 局在スピン系』裳華房 (1996).

研究解説

31

態での反対称相互作用を考えることになり，磁気相互作用は伝導電子を介したRKKY相互作用です．
これはαFe2O3とは異なる状況です．希土類金属磁性体においても結晶対掌性を反映した磁気構造が現れるのでしょうか．

５．希土類金属間化合物YbNi3Al9のカイラル磁性
2012年3月2日の夕方に私は東京で寒気を感じていました．それは折しも降っていた冷たい雨のせいではなく，第43回化合物新磁性材料研究会「キラル磁性体の構造と磁性」に参加して，カイラル磁性体で観測される磁化曲線の「常識」を知ったからでした．その常識は，カイラルらせん磁性体のらせん軸に垂直に磁場を印加すると，反対称相互作用のために磁気モーメントが左右同じように回ることができず，
カイラルソ
リトン格子（Chiral soliton lattice（CSL））と呼ばれる
磁気超格子構造が現れ，独特の下凸の磁化曲線にな

図４

YbNi3Al9およびC u 6％ 置換試料の磁化曲線

るというものでした[2]．図４はYbNi3Al9とNiをCuに6％置換した試料の磁気秩序状態（2K）における磁化曲線（磁場a軸）
です[13]．Cu6%試料において下凸の奇妙な磁化曲線が現れていますが，CSLが形成される場合に現れる磁化曲線であり，赤線で示す岸根順一郎さん（放送大）による理論計算と一致します．同様の磁化曲線はカイラルらせん
日立化
磁性体であるCrNb3S6においても観測されています[14]．当時博士後期課程の学生だった山下哲朗さん（現，成）が磁化曲線をさして「なんですかね，これ」
といったことを声まで覚えています．
その疑問が解けた日でした．
YbNi 3Al 9はカイラル磁性体に違いない，と思いました．
しかし，それを証明しなくてはなりません．磁気構造が対掌性を持つかどうかを磁化曲線から判断することは，もちろんできません．YbNi3Al9が3.4K以下で伝播ベクトルq = (0 0 0.8)のらせん磁性体となることは決定できていましたが，結晶の左右性と磁気構造の関係を調べるには，
なんらかの偏極プローブを用いた測定が必要でした．
最初に，高阪勇輔さん（広島大（当時），現大阪府大）とJ-PARCのBL-15 TAIKANで偏極中性子実験を行いましたが，中性子実験に用いた大きな試料では左右の結晶が混ざっており，結晶構造と磁気構造の関係は明らかにできませ
んでした．
しかし，
らせん磁気構造が左右対称ではなくどちらか一方に偏っていることまではわかりました．その後，松村武さん（広島大）が，円偏光を用いた共鳴Ｘ線回折により，結晶の右左と磁気構造のらせんの向きが1対1の関[13] S.Ohara, S. Fukuta, K. Ohta, H. Kono, T. Yamashita, Y. Matsumoto, and J. Yamaura, JPS Conf. Proc. 3, 017016 (2014).
[14] T. Miyadai, K. Kikuchi, H. Kondo, S. Sakka, M. Arai, Y. Ishikawa, J. Phys. Soc. Jpn., 52, 1394 (1983).
[15] T. Matsumura, Y. Kita, K. Kubo, Y. Yoshikawa, S. Michimura, T. Inami, Y. Kousaka, K. Inoue, S. Ohara, J. Phys. Soc. Jpn., 86, 124702 (2017).

32

研究解説

係を持つことを立証し，YbNi3Al9がカイラルらせん磁性体であることが確定しました[15]．さらに，Cu置換した試料
では，磁場中で磁気反射の高調波が観測されました．
これはCSLの生成によるものと理解できます[15]．中性子実験では大きくて，かつ，純粋に左右どちらかな結晶（enantiopure crystal）が必要なのに対して，放射光を用いた共鳴
Ｘ線回折実験では結晶のある小さな部分について結晶構造と磁気構造を同時に測定できる強みが活きました．
CSLを観測するには，ローレンツ電子顕微鏡法による実空間像の観察が有効[16]ですが，磁気秩序温度が低いこと
による実験的な難しさから，実現できていません．
こうしてYbNi3Al9がキラル磁性体であることは立証できましたが，いろいろとよくわかっていません．

６．希土類金属間化合物のカイラル磁性のこれから
希土類金属間化合物におけるカイラル磁性の特徴や今後の展開について，3d 遷移金属のカイラル磁性体のCrNb3S6[14]や MnSi[17]と比較して述べたいと思います．図５は磁気モーメントの状態と磁気相互作用の視点から見た物質の状況です．YbNi3Al9やJ-Physicsの成果である立方晶EuPtSi[18]では，磁気モーメントが局在しており，磁気相互作用が伝導電子を介した系になります．
これは，αFe2O3を説明した絶縁体や活発に研究されているバンド
磁性のMnSiとは異なる状況で反対称相互作用が働く物質が見つかったと言えるでしょう．DMベクトルの有無と向きについては，「対称性はウソをつかない」（岸根）ので，守谷ルールは使えると考えられます．一方，DMベ
クトルの大きさ，すなわち，反対称相互作用の強さがどのように決定されるのかを解明する必要があります．また，スピン軌道相互作用によりスピン分裂した
フェルミ面によるRKKY相互作用がどのような磁気構造を生じさせるのか，興味がもたれます．
反対称相互作用の大きさとしては，
らせん軸に垂直に磁場を加えた場合に，どの程度の臨界磁場で強制強磁性状態になるかが目安になります．
これまでのカ
イラル磁性体では, その磁場は1T程度で，反対称相互

図５

希土類金属間化合物のカイラル磁性体の位置づけ

作用の大きさは概ね1K程度にとどまり，物質系に依ら[16] Y. Togawa, T. Koyama, K. Takayanagi, S. Mori, Y. Kousaka, J. Akimitsu, S. Nishihara, K. Inoue, A. S. Ovchinnikov, and J. Kishine, Phys. Rev.
Lett., 108, 107202 (2012).
[17] Y. Ishikawa, K. Tajima, D. Bloch, M. Roth, Solid State Commun., 19, 525 (1976).
[18] K. Kaneko, M. D. Frontzek, M. Matsuda, A. Nakao, K. Munakata, T. Ohhara, M. Kakihana, Y. Haga, M. Hedo, T. Nakama, Y. Ōnuki, J. Phys.
Soc. Jpn., 88, 013702 (2019).

研究解説

33

なさそうです．
これに対して，対称相互作用の目安として磁気秩序温度を用いるとYbNi3Al9とEuPtSiでは数Kなのにこのことが関係していると思われることにYbNi3Al9と対し，CrNb3S6は127K，MnSiは29.5Kと一桁以上高くなります．
EuPtSiのカイラルらせん磁気構造の周期がCrNb3S6やMnSiと比べると一桁短いことを挙げることができます．単純に考えると，
カイラルらせん構造の周期は対称相互作用と反対称相互作用の比で決まります．反対称相互作用はあまり変わらないのに対して対称相互作用は一桁小さい結果，周期が短くなってもよいのではないかと思います．
しかし，
このことも単純ではありません．YbNi3Al9のCu6%置換試料では臨界磁場は10倍上昇し，CSLが明確に観測されます．つまり，反対称相互作用が強くなったと思われます．磁気秩序温度も3.4Kから6.4Kへと上昇しますが，2倍程度にとどまります．
このことから，置換試料の方がらせん周期は短くなりそうですが，実際には長くなります[15]．
そまだ解明できていません．Coで置換すると磁気秩序は抑制さもそも，YbNi3Al9の磁性がなぜCu置換に敏感なのか，
これることとNiとの電子数の違いから，YbNi3Al9の磁気相互作用はキャリア注入に敏感なのであろうと思われます．
れがフェルミ面敏感に繋がるのであれば，RKKY相互作用におけるカイラル磁性の理解に役立つと考えています．
無機化合物におけるカイラルらせん磁性体はまだ数えるほどしか見つかっていません[2]．今後，物質を増やしていくことが必要です．
しかし，例えば，機械学習で探査するにしても事例が少なすぎるかもしれません．私も新しい
カイラル磁性体を求めて物質開発に取り組んでいきたいと考えています．
しかし，それは容易ではなさそうです．例
またAlをGaに変えて
えば，YbNi3Al9とおなじ結晶構造をもつ磁性体は重希土類元素に対して作ることができ[19]，も作れます．
ところが，
カイラルらせん磁性は今のところYbNi3Al9だけです．希土類金属間化合物は反強磁性になることも多く，
また一軸異方性が強いとイジング磁性体や傾角反強磁性体になってしまいます[20-22]．
カイラルらせん磁性の候補として，価数揺動から磁気秩序状態に圧力により調節したYbNi3Ga9を挙げることができますが，立証には低温高圧下での偏極中性子散乱実験が必要です[23]．
希土類金属間化合物においてカイラルらせん磁気構造を生じるには，磁気モーメントがDMベクトルに垂直な面内にあり，かつ，自由に回転できることが必要です．EuPtSiにおいてヘリカル構造やSkyrmion格子が生じる要因と「S的」であることがあげられます．つまり，磁気モーメントが自由にまわれることが重要です．軌道のしてEuが 8S7/2 と寄与がなくては反対称相互作用が働かないのではないか，という指摘はわかりますが，磁気異方性があれば反対
称相互作用もあってよいくらいに私は考えています．おもしろい物質は絶妙な状態にある例の一つだと思います．
今後，どのような研究の展開が考えられるでしょうか．CSLやSkyrmion格子は磁壁の周期構造とみることができま[19] T. Yamashita, S. Ohara, I. Sakamoto, J. Phys. Soc. Jpn. 80, SA080 (2011).
[20] H. Ninomiya, Y. Matsumoto, S. Nakamura, Y. Kono, S. Kittaka, T. Sakakibara, K. Inoue, S. Ohara, J. Phys. Soc. Jpn., 86, 124704 (2017).
[21] H. Ninomiya, T. Sato, Y. Matsumoto, T. Moyoshi, A. Nakao, K. Ohishi, Y. Kousaka, J. Akimitsu, K. Inoue, S. Ohara, Physica B, 536, 392(2018).
[22] I. Ishii, K. Takezawa, T. Mizuno, S. Kumano, T. Suzuki, H. Ninomiya, K. Mitsumoto, K. Umeo, S. Nakamura, S. Ohara, Phys. Rev. B, 99,
075156 (2019).
[23] K. Umeo, T. Otaki, Y. Arai, S. Ohara, T. Takabatake, Phys. Rev. B 98, 024420 (2018).

34

研究解説

すし，希土類金属間化合物では強い伝導との相関が期待されます．例えば，磁気構造を電流で駆動することも期待できます[24]．収束イオンビーム（FIB）
で小さく加工したYbNi3Al9を用いた磁気抵抗の精密測定において，CrNb3S6[16]と同様に，磁気ソリトン生成に対応する磁気抵抗変化が観測されました[25]．EuPtSiにおいてもMnSiと類似した電流磁気効果が報告されています[26]．最近，CrNb3S6では非対称な電流磁気効果も観測されました[27]．磁気超格子であるCSLにおいて結晶格子との整合不整合の効果はないのでしょうか．YbNi3Al9のCu6%置換試料では，磁気伝播ベクトルq=0.375c*=(3/8)c*でのピン止めが観測されていて注目されます[15]．
非弾性磁気散乱によるカイラルマグノンの観測にも興味がもたれます．希土類金属のカイラル磁性体ではらせん周期が短いため，波数空間で磁気反射が核（格子）の反射から離れています．そのため，他の反射との分離がよく，小角散乱を用いなくても非弾性磁気散乱の観測が可能です．
これは実験上の利点です．
結晶合成の立場からは，
このような展開に備えて，大型かつ左右性の純度がよい結晶の育成手法の開発が求められます．YbNi3Al9については，結晶の大型化には成功しつつありますが，対掌性の制御はむずかしいです．希土類
金属間化合物のカイラル磁性の研究はまだ始まったばかりです．今後も新しい物質が新しい物理を拓くことが期待されます．
最後になりましたが，支援と助言をいただいている，播磨尚朝先生はじめ，J-Physicsの方々，
また共同研究者の方々にお礼申し上げます．特に，秋光純先生（岡山大），井上克也先生（広島大），岸根順一郎先生（放送大），戸川欣
彦先生（大阪府大），大石一城先生（CROSS），高阪勇輔先生（大阪府大）には，カイラル磁性の基礎から教えていた
だきました．
この方々と第43回化合物新磁性材料研究会で出会わなければ，
ここまでの研究はできませんでした．
また，
こんなカイラル磁性の研究会があるよと開催情報を私に教えてくださり，日々，根気よく議論してくださる同僚の壬生攻先生（名工大）に感謝いたします．

[24] F. Jonietz, S. Mühlbauer, C. Pﬂeiderer, A. Neubauer, W. Münzer, A. Bauer, T. Adams, R. Georgii, P. Böni, R. A. Duine, K. Everschor, M. Garst,
A. Rosch, Science 330, 1648 (2010).
[25] R. Aoki, Y. Togawa, S. Ohara, Phys. Rev. B, 97, 214414 (2018).
[26] M. Kakihana, D. Aoki, A. Nakamura, F. Honda, M. Nakashima, Y. Amako, S. Nakamura, T. Sakakibara, M. Hedo, T. Nakama, Y. Ōnuki, J. Phys.
Soc. Jpn. 87, 023701 (2018), 023701.
[27] R. Aoki, Y. Kousaka, Y. Togawa, Phys. Rev. Lett., 122, 057206 (2019).

前号に同じ内容の記事を掲載しましたが、著者校正が反映されていませんでした。修正済みの記事をここに再掲載します。
（編集委員会）

研究解説

35

Ａ０１：強相関有機π-d電子結合系の電荷-スピン複合物性の解明と探索

αʼʼ-(BEDT-TTF)2Rb1.2Co(SCN)4 の
dスピン−πスピン−π電荷結合の解明
井口敏

東北大学金属材料研究所

米山

准教授

直樹

佐々木

孝彦

山梨大学
工学部

東北大学
金属材料研究所

我々は有機π電子系におけるスピン-電荷の自由度測定した。
この測定系は我々が再整備を行ってきたものが複雑に絡み合った物性を解明していくことを目標にである[3]。

研究してきた。有機π電子系は、f 電子やd 電子系に比赤外光学伝導度スペクトルは、磁気誘電効果に異常

べ磁性に乏しく、磁場中での物性に変化があるものがが起こる磁場付近で形状がやや変わり、重心周波数ω*

比較的少ない。例えば、マルチフェロイックスと言われの磁場変化はこれをよく表している。この変化が起こるているκ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Clは、磁場中での誘電スペクトル部分はπ電子バンド間の遷移に起因する。

率には何の異常も示さない[1]が、電荷やスピン状態のそのため、磁気誘電効果も含め、π電子のスピン状態の秩序化にともなう揺らぎを反映した相関が格子系に見ら変化が電荷状態に影響を及ぼしていることをより直接れることを我々は見いだした[2]。
このように有機系での的に示す結果を得たと考えられる。

電荷-スピン結合物性の解明にはスピンや電荷、アニオ
ン層のdスピンなどとの相関効果をより詳細に観測していく必要があると思われる。
そのような物質として、我々はアニオン層にCoの局在
スピン(S = 3/2)を持つ擬2次元π電子系αʼʼ-(BEDTTTF) 2Rb 1.2Co(SCN) 4に着目してきた。この物質は100 K
で金属から絶縁体に転移する。低温相は電荷秩序と予想されたが、この物質はX線に非常に弱く、赤外分光測定によってBEDT-TTF分子の価数分裂を示した。さらに
低温では、Coの局在dスピンはキュリー的であるが、約40 Kでπスピンの反強磁性転移と考えられる磁化の減少を示す。さらに40 K以下では、図のよう磁気誘電効果に異常が見られる。
これを磁化(ほぼCoスピン)と比較す
ると、磁化がほぼ一定値を取るような磁場と温度で、磁気誘電効果に異常が見られる。これは、外部磁場と、強いCoスピンからの内部磁場(~30 T)がπスピンに働き、2つの磁場の和がある一定の値に達したときに起こるpスピンフロップが原因であろう。
このとき、π電子スピンと電荷の結合によって誘電率に異常が現れると考えられる。それを明らかにするため、SPring-8のBL43-IRの磁気光学測定系を使用して、磁場中の赤外スペクトルを

図1 (a)誘電率、(b)磁化、(c)重心周波数の磁場変化。(d)光学伝導度。(b)の赤点は(a)の異常に対応。

[1] P. Lunkenheimer et al., Nature Mater. 11, 755 (2012).
[2] M. Matsuura, T. Sasaki, S. Iguchi et al, Phys. Rev. Lett. 123, 027601 (2019).
[3] S. Iguchi, Y. Ikemoto, T. Moriwaki, and T. Sasaki, SPring-8/SACLA Research Report 8(1), 88 (2020).

36

公募研究報告Ａ０１：電子面とホール面を持つ相関電子系の近藤効果と超伝導電子面とホール面を持つ相関電子系のマルチチャンネル近藤効果と非従来型超伝導星野晋太郎

埼玉大学 理工学研究科

飯村

助教

翔馬

平山

元昭

埼玉大学
理工学研究科

理化学研究所
創発物性科学研究センター

強相関電子系における超伝導の発現機構は、超伝導償金属となり、フェルミ面は電子面とホール面から構成

物 質を設 計 することに繋 がる魅 力 的 か つ 重 要 な 研 究

されます[4]。そこで、このような補償金属から成る伝導

テーマであると思います。特にランタノイドやアクチノイ

電子がUサイトの局在多極子自由度と相互作用をした場

ドを含む重い電子系物質群は、ｆ電子のもつ多極子自合、どのような基底状態が形成されるかに興味を持ちま

由度が結晶中を遍歴する伝導電子と絡み合うことで多様した。
この系に対して平均場理論に基づく解析を行なうな超伝導現象を生み出しており、超伝導機構を研究すると、電子とホールの自由度が近藤効果を介して量子力学にあたって絶好の舞台を提供しています。その第一世代

的に重ね合わされた状態、すなわちBogoliubov準粒子のひとつであるUBe13は、低温で非フェルミ液体的な振るが形成されることがわかり、超伝導状態となることが明ら舞いを示し、さらに低温で超伝導状態に転移する特異なかとなりました[5]。同様の議論はPrIr 2 Zn 20 のような超伝物質です[1]。この超伝導相のまわりには磁気秩序や構導体にも適用可能性があると考えます。Zn数がPr数に比造相転移などの秩序相が見られず、量子臨界点近傍で発べて多いことに加え、Znも原子極限で3d軌道がすべて占達する揺らぎによる超伝導というシナリオが素朴には適有されて結晶中で補償金属となるからです。

用できません。また、ｆ電子系のような相互作用の強い

ここまでの研究では超伝導の実現を理論的に提案し系では通常、異方的なクーパー対が形成されてギャップたに過ぎず、次に問題となるのは超伝導状態のもつ性質

関数にノード構造が期待されますが、最近の実験によっです。特に、ゼーマン磁場への応答[6]や軌道磁場によってフルギャップ構造であることが同定されています[2]。

て誘起される量子渦状態の特徴に興味が持たれます

このようにUBe 13 は「普通の非従来型超伝導体に対する[7]。後者については実際に空間非一様な系を理論的に発現機構」を適用できない興味深い超伝導体であると思調べることにより、空間変化を特徴づける長さがエネルいます。

ギーギャップから予想される長さよりもずっと短いといこの物質に対してはCoxがマルチチャンネル近藤系のう、BCS超伝導状態と異なる性質がわかってきました。
こ

可能性を指摘し、非フェルミ流体の起源が議論されましのようにBCS超伝導体との違いをひとつずつ明らかにした[3]。
これに加えて、我々はBe原子数がUに比べて大きていくことで、新しい超伝導発現機構を同定する手がかいことに注目し、UBe 13を記述する近藤格子の伝導電子りを得ることができるようになると思います。さらに現部分はBe単体の性質を受け継いでいるのではないかと

在、第一原理計算を駆使した電子状態の計算も行ってお考えました。Beは原子番号４番であり、2s軌道がすべてり、これを基に物質に即した議論も進めています。

占有され、高エネルギー域に非占有の2p軌道を有します。
これが格子を組むと、エネルギーバンドを形成して補[1] H.R. Ott, H. Rudigier, Z. Fisk, and J.L. Smith, Phys. Rev. Lett. 50, 1595 (1983)[2] Y. Shimizu, S. Kittaka, T. Sakakibara, Y. Haga, E. Yamamoto, H. Amitsuka, Y. Tsutsumi, and K. Machida, Phys. Rev. Lett. 114, 147002 (2015).
[3] D.L. Cox, Phys. Rev. Lett. 59, 1240 (1987).
[4] T.L. Loucks and P.H. Cutler, Phys. Rev. 133, A819 (1964).
[5] S. Iimura, M. Hirayama, and S. Hoshino, Phys. Rev. B 100, 094532(2019).
[6] S. Iimura, M. Hirayama, and S. Hoshino, to appear in JPS Conf. Proc.
[7] S. Iimura et al., in preparation.

公 募 研 究報 告37

Ａ０１：高圧力で拓く多極子と伝導電子の混成効果による新奇物性

高圧力で拓く多極子と伝導電子の混成効果による新奇物性
松林

和幸

電気通信大学准教授

本公募研究では，四極子自由度を有する非磁性Pr系

える影響を実験と理論の両面から議論していきたい．ま

化合物における四極子秩序と超伝導の相関に着目し，四た，B01班の平井氏らとの共同研究として，四極子秩序と極子自由度が関与した近藤効果や超伝導を高圧下でのキャント磁性を示す5d遷移金属酸化物Ba 2MgReO 6の単精密物性測定によって明らかにすることを目的とした．

結晶試料[2]に対する圧力効果を調べた．その結果，理論

特に高圧下での熱力学的な特性を明らかにすべく，比熱的に予言されていた八極子および新奇な磁性相の存在および熱電能測定法の開発に取り組んだ．その結果，常を示唆する多彩な圧力-温度相図を実験的に得ることを圧で強四極子秩序と超伝導を示すPrTi2Al20 に対しては，成功した．さらにD01班の水口氏らとの共同研究として，

約9 GPaまでの高圧力下での比熱を半定量的に評価し、BiS 2 系超伝導体と類似の層状構造を有するLaOBiPbS 3

重い電子超伝導の発現による比熱異常を観測すること

およびLa 2 O 2 Bi 3 AgS 6 において[3]，加圧による半導体-半に成功した．また，高圧下比熱測定での測温技術を応用

金属転移近傍で圧力誘起超伝導を発見した．以上のよし，高圧下・磁場中での熱電能測定法を3 GPa程度の圧力

うに，領域内での共同研究を積極的に進めたことで，当域まで確立することができた．さらに高圧下・磁場中電初の研究計画の枠を超え，高圧力を用いた広い意味で

気抵抗測定によって，PrTi 2Al 20の四極子秩序が消失するの物質探索，新奇物性の開拓の一歩を踏み出すことが10 GPaを超えた領域で，幅広い圧力・磁場領域において，できた．今後はこれらの研究の芽を伸ばしていくととも

四 極 子 近 藤 効 果を示 唆 する非フェルミ液 体 的 挙 動 がに，当該研究領域のさらなる拡がりと深化に貢献してい観測されることを見出した．同圧力域での比熱およびきたい．

熱電能の精密測定に向けた技術的改良の目処も付け

本研究の成果は，電気通信大学の山本洸凪，星竜二，

ることができたので，今後はPrTi 2 Al 20 の測定に着手す

内藤康氏，元山史都，有馬寛人，横浜国立大学の駒形貴裕，るところである．また，A01班の脇舎氏らとの共同研究と

脇舎和平，梅原出，首都大学のR. Jha, 後藤陽介, 水口佳一,

して，PrRu 2 Zn 20 の１つのZnサイトのみをSnに置換した

松田達麿,青木勇二，東京大学の北川健太郎，郷地順，

P r R u 2 S n 2 Z n 1 8 の 圧 力 効 果 の 研 究 に も取り組 ん だ ．

上床美也，平井大悟郎，広井善二，曽我部尚希，酒井明人，

PrRu2Sn2Zn18はPrTi 2Al 20やPrIr 2Zn 20と同様に非磁性Γ 3二

中辻知（敬称略）との共同研究である．
この場を借りてお

重項を基底状態にとることが報告されていたが[1]，TQ ~礼申し上げます．J-Physicsメンバーとして研究の機会を

2 Kで四極子秩序を示すことを見出した．また，PrIr2Zn20

頂いたことを深く感謝いたします．

に代表されるZn系物質には見られない特徴として，60 K程度の高温域での電気抵抗率が -lnTに比例する振る舞
いが観測されていたが，加圧によりこの磁気的近藤効果
による振る舞いがエンハンスされることを見出した．同
様の圧力効果はPrTi 2Al 20においても観測されているが，Znサイトの一部をSnで置換したPrRu 2 Sn 2 Zn 18 が，Zn系
よりもAl系物質の物性と類似していることは注目すべきことである．これらの実験事実は，Al系とZn系の物性の統一的な理解への重要な手がかりになると期待されるため，Pr周りの僅かな局所構造の違いが混成強度に与[1] K. Wakiya et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 094706 (2018).
[2] D. Hirai and Z. Hiroi, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 064712 (2019).
[3] R. Jha et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 083704 (2018).

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

内殻光電子線二色性のここまでの研究まとめ：
4f 電子系に対する新たなプローブとしての確立
関山

明

大阪大学 大学院基礎工学研究科

藤原

教授

秀紀

海老原

孝雄

大阪大学 大学院基礎工学研究科
助教

静岡大学 理学部
准教授

縁あって前半の２年間も含めて４年間、公募研究で得られました[7]。現在Pr化合物の本丸(?)とも言えそうな

内殻光電子線二色性(LD-HAXPES)という新しい測定手法

スクッテルダイトPrFe4P12, PrRu4P12のLD-HAXPESを首都大で局在4f軌道対称性を直接決定する研究を進めることが青木勇二さんとの共同研究として進めていますが、プレリできました。その原理（定式化）[1]については過去のミナリーな結果を見るとちょっと手強そうで、これも近い

ニュースレターで執筆[2]させていただきました。また、将来に別の機会で紹介できればと思います。

大学院生にも恵まれ、
当時大学院生だった中田（金井）惟奈

Yb化合物の進展としては理研(播磨)の久我健太郎さん

氏（現立命館大学理工学部助教）によるSm 3 + 化合物の（現豊田工業大学PD）・東大物性研の中辻知さんとの共LD-HAXPES [3]や現在関山研D2の濱本諭氏によるPr化合同研究によるα-およびβ-YbAlB4のLD-HAXPES [8]が挙物のLD-HAXPES [4]について過去のニュースレターで本げられます。
これらの系はs偏光とp偏光での強度差で定人が紹介する機会もありました。それらは今から見れば義されるLDに方位角依存性が見られないことからYb 3+

途中経過報告にもなっている感じですのでその先の報告

4 f 結晶場基底状態としては4 f 軌道角運動量のz成分Jz =を・・・ Sm 系については、現在も継続しており、首都大の±5/2の純状態になっていることがわかりました。
この点

松田達磨さん・東中隆二さん・青木勇二さんとの共同研でα-YbAlB4とβ-YbAlB4に違いはなく、結晶場基底状態

究でSmPt2Si2のSm 3d内殻におけるLD-HAXPESの結果が与える電荷分布がYbイオンからみて上下の層にあるB3+が得られつつありますが、
これは将来別の機会に紹介でサイトに向いており混成に有利に働くことも確認できまきればと思います。

した。α-YbAlB4とβ-YbAlB4のLDの違いは僅かですが観Pr化合物では、PrIr2Zn20 (Γ3結晶場基底), PrB6 (Γ5結晶

測され、それが低温物性(基底状態)の違いを反映してい場基底)のLD-HAXPESに加えて北大の日高宏之さん・

るかもしれません。また60 Kと25 KでLDに変化はなく結柳 澤 達 也さん・網 塚 浩さんとの 共 同 研 究で P r B e 1 3 の晶場第一励起状態は60 Kより遥かに高いこともわかりま

LD-HAXPESを行い、これがΓ1基底であることを実証できしたが、これはこの物質が価数揺動系ともいえる局在かました。
これによりO h ないしはT d 対称下の立方晶Pr化合

ら遠い電子状態にあることと矛盾しないと考えています。

物で取りうる全ての結晶場基底状態についてLD-HAX-

さて、4 f 電子系のなかで歴史的にも研究蓄積の多い

PESを行い軌道対称性を反映した結果を得られました

Ce化合物でもLD-HAXPESは有効です。当初はCe 3d内殻

[5]。さらにPrBe13のLD-HAXPES温度変化測定より第一励

光電子スペクトルでは"露わな"混成の効果によって生じ起状態が約70 K離れたΓ 4状態であることも(磁場などをるf 0 , f 2 終状態によってLDが得られるか不安でしたが、とかけない測定で)解明できました[6]。
この他には東大物にかく実験してみるべしと進めたら局在Ce 3+成分に相当

性研の鈴木博之さんとの共同研究により立方晶PrAg 2Inするf 1 終状態成分でLDが明確に観測されました。右に圧のLD-HAXPESがΓ3結晶場基底状態と矛盾しない結果も力誘起の非従来型超伝導体（常圧での基底状態は反強[1] A. Sekiyama, Y. Kanai, A. Tanaka and S. Imada, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 013706 (2019).
[2] 関山明、「J-Physics: 多極子伝導系の物理」ニュースレター第7号, p.22 (2019).
[3] 金井惟奈、「J-Physics: 多極子伝導系の物理」ニュースレター第7号, p.90 (2019).
[4] 濱本諭、「J-Physics: 多極子伝導系の物理」ニュースレター第5号, p.52 (2018); 第7号, p.93 (2018).
[5] S. Hamamoto et al., J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 238, 144685 (2020).

公 募 研 究報 告

39

磁性）
と言われる正方晶CeCu 2 Ge 2 についての結果[9]を態の計算でよく再現されることから、CeCu2Ge2のCe 4f結示しますが、LDにYbAlB 4では見られなかった方位角φ k

晶場基底状態は式(1)の波動関数になっていることがわ

依存性が見られました。つまりCe 4f電子状態に結晶構造かりました。内殻吸収分光の線二色性といった従来の手と対応した４回対称性があるというわけです。実験結果

法では式(1), (2)による電荷分布の区別は原理的につけらと、結晶場中イオン模型による結晶場基底状態れなかったのですが、光電子線二色性では観測する光電3+(1)（ケット内の数字は4f電子の軌道角運動量のz成分J z）に子方向も測定パラメータの一つ（これも「角度分解」光電子分光の一つ、というよりもこちらの方が本当の意味での
角度分解測定で、いわゆるARPESは実質波数分解測定とよるLDの方位角φ k 依存性、および4 f 電荷分布形状はこ言えます）
として自由度が増えることからこのような区別

れと同じものの電荷の伸びる向きが45˚異なった結晶場も可能になりました。決定できた4f電荷分布はGeサイト

基底状態に向いておりGe 4spバンドとCe 4f軌道が混成しやすい形(2)になっていると言えます。本研究進行とほぼ同時期にドイツのL.-H. TjengグループはLD-HAXPESと本質的に同じによるLDの方位角依存性を比較すると、実験結果は883.5

情報が得られる非共鳴非弾性X線散乱(NIXS)を進め、
こeV以下の結合エネルギー領域における正のLD分布具合の系で同様な結論を得ています[J.-P. Rueﬀ et al., Phys.

や887 eV付近のLDの大小関係という点でΣ-type Γ7状Rev. B 91, 201108(R) (2015)]が彼らのCeCu2Si2の結果とも合わせると、今のところThCr 2 Si 2 型の超伝導体Ce化合物では共通してSiないしGeサイトを向いた4f軌道対称性が見られています。
これがこの結晶構造あるいは量子臨界性を示す物質で普遍的に見られるか否かは、もしかしたら現実の系における量子臨界性に関わる重要問題になるかもしれないと期待しています。ただ、これには他の組成・化合物でも測定を進めていく必要があると感じており、この４年間の支援に感謝しつつ今後も引き続き研究を進めたいと思います。

図(a) 正方晶CeCu2Ge2のLD-HAXPES測定におけるφk = 0˚とφk = 45˚における実験配置．入射X線と観測する光電子とのなす角度はいずれも60˚．
(b) CeCu2Ge2のCe 3d5/2内殻光電子スペクトル線二色性(LD)の方位角φk依存性における実験結果(Exp.)と２種類の軌道対称性を仮定したときの理論計算(Sim.)との比較[9].

[6] S. Hamamoto et al., JPS Conf. Proc. 29, 012010 (2020). (J-Physics 2019 International Conference)[7] S. Hamamoto et al., JPS Conf. Proc., in press (2020). (SCES2019)[8] K. Kuga et al., Phys. Rev. Lett. 123,036404 (2019).
[9] H. Aratani et al., Phys. Rev. B 98, 121113(R) (2018).

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公募研究報告Ａ０１：多極子伝導物質の高品質単結晶化と量子振動効果によるフェルミ面の研究

多極子伝導物質の高品質単結晶化と量子振動効果によるフェルミ面の研究菅原仁

神戸大学大学院理学研究科

教授

立方晶CeCr 2Al 20型構造(空間群No.227,Fd3￣m,O 7h )のCeIr2に関しては、融点が約3000℃の物質のため、テトラ

RM 2Al 20(R: 希土類、M: Ti, V)において、PrTi 2Al 20(四極子アーク炉を用いたチョクラルスキー(引き上げ)法で単結晶秩序を示す重い電子超伝導)やSmTi 2 Al 20 (磁場に鈍感な育成を行なった。比較物質のLaIr2も同様に作製し、初めて

重 い 電 子 系 ) が 発 見され 注目されている[ 1 - 4 ]。最 近、単結晶化に成功した。残留抵抗比はそれぞれ18 (CeIr2) とNdV2Al20（Nd系の重い電子系）の発見を機に[5]、同じNd

85(LaIr 2 )であった。
これらの純良単結晶を用いて初めて系のNdTi 2 Al 20 おいて２チャンネル近藤効果の可能性がdHvA効果測定に成功し、フェルミ面を明らかにした。その理論的に示唆されている[6]。一方、同じ空間群に属する立

結果、CeIr2のフェルミ面はLaIr2と異なり、Ceの4 f 電子は伝方晶C15型ラーベス相構造（MgCu2型）のCeIr2は、電子比熱導に寄与していることがわかった。また、バンド計算との係数が約20 mJ/K mol の重い電子超伝導体(Tc = 0.21 K)

比較から約12m0(m0は電子の静止質量)の重い電子の存と報告されており[7]、また、高い量子効率を持つ陰極材料

在が示唆された。実はこの物質は私が博士論文として研としても注目されている[8]。本研究ではこれらの物質の究していた物質であるが[7]、当時は純良な単結晶が得ら

フェルミ面などの電子状態を調べるために、純良単結晶

れずdHvA効果測定を諦めていた物質である。本研究によを育成し、最低温度約30 mK、最大磁場17 Tの範囲でドり25年を経て目的を達成することができた。

2

ハース・ファンアルフェン(dHvA)効果測定を行なった。

本研究は、大政和之、吉永岳朗、兼吉潤、松岡英一、

RM2Al20の単結晶育成は従来のAl自己フラックス法で行小手川恒、藤秀樹、播磨尚朝(神戸大)、仲村愛、本間佳哉、ない、室温と最低温度での残留抵抗比 (ρ290K /ρ0.5K)はそれ

青木大(東北大金研)、佐藤大輔(産総研)、吉田光宏(KEK)、

ぞれ180 (LaTi 2Al 20), 100 (PrTi 2Al 20), 54 (NdTi 2Al 20), 57

竹内徹也(阪大低温セ)各氏との共同研究である。

(SmTi2Al20)の純良単結晶が得られた。
これらの電気抵抗の温度依存性の比較から、PrTi2Al20とSmTi2Al20は明らかに近藤効果的な振る舞いを示すが、NdTi2Al20はよく局在した通常の反強磁性体の振る舞いを示すことがわかった。
また、PrTi2Al20、NdTi2Al20、SmTi2Al20のdHvA振動数の角度依存性は比較物質のLaTi2Al20と類似していることから、
これらの物質の4 f 電子は基本的には局在していると考えられるが、dHvA振幅の温度依存性から見積もられた
PrTi2Al20とSmTi2Al20のサイクロトロン有効質量はLaTi2Al20と比べて約5〜6倍重くなっているのに対して、NdTi2Al20では2倍程度しか重くなっていないことがわかった。PrTi2Al20とSmTi2Al20の近藤効果的な振る舞いの起源や、有効質量の違いと基底状態の関連について興味深い。

[1] A. Sakai et al., J. Phys. Soc. Jpn. 81, 083702 (2012).
[2] K. Matsubayashi et al., Phys. Rev. Lett. 109, 187004 (2012).
[3] R. Higashinaka et al., J. Phys. Soc., 80、093703 (2011).
[4] A. Sakai and S. Nakatsuji, Phys. Rev. B 84, 201106(R) (2011).
[5] T. Namiki et al., J. Phys. Soc. Jpn, 85, 073706 (2016).
[6] T. Hotta, J. Phys. Soc. Jpn, 86, 083704 (2017).
[7] H. Sugawara, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 63, 1502 (1994).
[8] D. Satoh, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 58, SIIB10 (2019).

公 募 研 究報 告41

Ａ０１：価数転移由来の新規量子現象の理論研究

価数転移に由来する新しい量子現象渡辺真仁

九州工業大学 大学院工学研究院 基礎科学研究系

価数転移に由来する新しい量子現象を理論的に明らかにすることを目的として、この２年間以下のような研究に取り組んできた。

准教授

説明されることを理論的に示した[3]。
最近、準結晶Yb15Au51Al34のAuとAlを同族元素のCuとGaで系統的に置換した試料が作成され、室温でのYbの1. 奇パリティ結晶場における電荷移動効果[1,2]価数νの格子定数a 依存性が測定された[注１]。興味深

2. 周期結晶と準結晶における普遍的ないことに量子臨界性を示す準結晶Yb15Au51Al34はν-aプ

量子臨界現象の出現機構[3]

ロットにおいて価数がシャープに減少し始める点に位置

3. Yb15(Au1-xCux)51(Al1-yGay)34における

していることが観測された[12]。
この結果は1/1近似結晶

Ybの価数の格子定数依存性[4]Yb14Au51Al35の拡張周期アンダーソン模型に基づいた価4. 磁気量子臨界点近傍の磁気体積効果の理論的枠組みの構築[5,6]5. 価数転移の量子臨界点近傍の臨界体積効果の理論的枠組みの構築[7]6. 量子臨界準結晶における発散しない
グリュナイゼンパラメーターの出現機構 [7]7. α-YbAl0.986Fe0.014B4におけるμSRの動的緩和時間の温度依存性 [8]8. Ce希釈系[CexLa1-xCu5.62Au0.38 (x=0.01-0.02)] に

数量臨界点近傍のYb価数の格子定数依存性の計算結果と整合することがわかった[4]。
これらの事実は、準結晶の系でもYbの価数量子臨界点が実現していることを示唆している。
磁気相転移に伴い、物質の体積が変化する現象を磁気体積効果とよぶ。遍歴電子系における磁気量子臨界点近傍の磁気体積効果の理論的枠組みを、スピンゆらぎのSCR理論に基づいて構築した[5,6]。
上記の枠組みをふまえて、価数転移の量子臨界点近傍

おける価数量子臨界性の出現との臨界体積効果の理論的枠組みを構築した[7]。
この枠組

異常な電気抵抗の温度依存性 [9]みに基づいて、量子臨界準結晶Yb 15 Au 51 Al 34で観測され1.では奇パリティの結晶場において電荷が移動することにより生じる新しい現象の開拓を行った。注目した物質

た、降温につれて発散しないグリュナイゼンパラメーター|Γ(T ) |の機構を明らかにした[7]。

はβ-YbAlB 4で、この物質が示す非従来型の量子臨界現7.ではα-YbAl0.986Fe0.014B4において0.1 K以下でμSRの象と磁化率のT/Bスケーリング則は、Ybの臨界価数ゆらぎ

動的緩和時間λ~1/T 1が価数量子臨界性を示す機構を明の理論によって統一的に説明されることが示されているらかにした[8]。

[10,11]。β-YbAlB4ではYb原子の周りにB原子が7角形に8.ではCe希釈系でも価数量子臨界性が出現し、電気抵配置しているためYb原子位置で局所的に空間反転対称抗率に特異な温度依存性が現れる機構を明らかにした性が破れているので、奇パリティの結晶場が発生してい[9]。

る。混成描像に基づいて結晶場の解析を行った結果、Yb

本稿の内容は、三宅和正氏との共同研究の成果に基づいの4 f 電子と5d電子の波動関数が純虚数の係数を通じてている。

オンサイトで混成し、電気双極子や磁気トロイダル双極子の自由度が活性となることがわかった。さらに、Ybサイトの4f-5d電子間の斥力の効果により、4f電子と5d電子の電荷移動のゆらぎの効果が増大し、価数転移の量子臨界点において、価数ゆらぎが発散すると同時に電気双極子ゆらぎと磁気トロイダル双極子ゆらぎも発散的に増大することがわかった[1,2]。
2.では周期結晶β-YbAlB4と準結晶Yb15Au51Al34に共通する量子臨界現象がYbの臨界価数ゆらぎの効果によって42

公募研究報告[注1] 6次元空間における格子定数a≡a 6D

[1] S. Watanabe and K. Miyake, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 033701 (2019).
[2] S. Watanabe and K. Miyake, JPS Conf. Proc. 29, (2020) 014001.
[3] S. Watanabe and K. Miyake, to appear in JPS Conf. Proc. (2020) (arXiv:1910.11466).
[4] S. Watanabe and K. Miyake, J. Phys.: Condens. Matter 30, 184001 (2018).
[5] S. Watanabe and K. Miyake, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 034712 (2018).
[6] S. Watanabe and K. Miyake, Phys. Rev. B 99, 035108 (2019).
[7] S. Watanabe and K. Miyake, Solid State Commun. 306, 113774 (2020).
[8] K. Miyake and S. Watanabe, Phys. Rev. B 98, 075125 (2018).
[9] K. Miyake and S. Watanabe, to appear in JPS Conf. Proc. (2020).
[10] S. Watanabe and K. Miyake, Phys. Rev. Lett. 105, 186403 (2010).
[11] S. Watanabe and K. Miyake, J. Phys. Soc. Jpn. 83, 103708 (2014).
[12]佐藤憲昭,出口和彦,井村敬一郎, 日本物理学会誌 74, 774 (2019).

公 募 研 究報 告43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

SmおよびEu化合物に見る
価数揺動系の物理とその発展
椎名亮輔

琉球大学理学部

当領域において、公募研究として前後半足掛け4年間

ぼ全てスピン秩序を示します。近年、
こうした整数価数状

サポートいただき、まずはお礼申し上げます。その間、主態を、圧力や元素置換により中間価数へとシフトさせるにSmやEu化合物などの中間的希土類系で見られる価ことで量子臨界現象や重い電子状態が出現することが数揺動に関する理論的取り組みを継続的に進めてまい

実験的に示され、その機構に興味がもたれています。

りました。本稿では、その成果を簡単にまとめてみたいと思います。

局在の2種類のf 電子からなる比較的シンプルな有効模

まずはSm系の「磁場鈍感重い電子現象」です。当初型を用いて、価数ゆらぎによる磁気秩序の発生機構を調は、非調和格子振動（ラットリング）に基づく現象で、Smべました [5]。それによれば、磁性・非磁性の相境界はf電系であることは本質的でないと考えられた時期がありま

子間のフント結合に依存して大きく変化し、フントが大きした。
しかしながら、近年の1-2-20系の研究を通じて、Smい領域では価数ゆらぎが磁性と協力的に、小さい領域で化合物のなかに類似現象が複数見つかり、その出現要は競合的になることが分かりました。
こうした結果は、圧因が4 f 電子状態にあることがはっきりしてきた経緯があ

力効果や置換実験において、物質により磁気転移温度がります [1]。

多様な変化を示すことと対応すると考えられます。また、

Smは化合物中で、4 f 電子配位により2価あるいは3価

中間価数領域での秩序状態の安定化において、f6 配位でのイオン状態をとります。3価の場合はf 5 配位でJ=5/2のの励起3重項（J=1）の存在が極めて重要であることも明磁性状態となり、伝導バンドとの混成が強ければ近藤状らかになりました。

態の形成が予想されます。一方2価では、6個のf 電子によ以上まとめると、中間的希土類系に特有の電子物性にるJ=0の多体一重項状態が基底となることが知られてい焦点を当てた理論解析を行なってきました。その際の着ます。

眼点は、Sm2価およびEu3価に共通して現れるf 6 配位が、中間価数領域を調べるため、Sm系の特徴を反映した

単純な非磁性状態ではなく、多電子による一重項基底でアンダーソン模型の数値くり込み群法による解析を行っあることです。
このf 6 一重項が、価数揺らぎを通じて示すてきました [2-4]。それにより、整数価数での安定状態が新規物性の一端を明らかにすることが出来たと考えてい中間価数領域において競合的になり、2状態間の量子転ます。それらに関連して、中間価数領域におけるSm系で移が生じることが確認されました。その量子転移近傍のの秩序化現象やEu系での重い電子現象などの解明は、広い領域で、電子比熱および帯磁率の計算から一種の今後に残された重要な課題でもあります。

磁場鈍感重い電子状態が実現し、それが現実のSm化合物の実験結果と良く整合することが明らかになりました。
Euも化合物中では2価あるいは3価となりますが、4 f 状
態の観点では、Eu3+がSm2+と等価でf 6 配位の非磁性状態である一方、Eu 2+ はf 7 配位でS=7/2の純粋スピン状態となり、Smとは明確に異なっています。
このため、Eu系では局在近傍での近藤効果は予想できず、実際2価Eu系はほ[1] R. Higashinaka et al., AIP Advances 8, 125017 (2018).
[2] R. Shiina, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 014702 (2018).
[3] R. Shiina, AIP Advances 8, 101301 (2018).
[4] 椎名亮輔，J-Physics ニュースレター Vo. 7，18 (2019).
[5] R. Shiina, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 113705 (2019).

44

我々はごく最近、Eu 3+の非磁性状態から出発し、遍歴・公募研究報告Ａ０１：低次元磁性体の量子スピンネマティック相

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

２．
スピンネマティック相の候補物質

近年、従来の強磁性あるいは反強磁性長距離秩序（図数値的厳密対角化と有限サイズスケーリングの手法に

１）のように、スピンの向きまでは決まらないが、方向だ

より、本研究期間において、未発表のものも含めて以下のけが秩序化した液晶のような「スピンネマティック相」（図ような系でスピンネマティック相が実現する可能性があ２）が提唱され、秩序相と量子スピン液体相の中間の現ることが示された。

象としてホットな話題となっている。

（1）容易軸異方性のあるS=1スピンラダー系[1]（2）強磁性・反強磁性相互作用を持つ
S=1/2スピンラダー系[2]（3）容易軸異方性のあるS=1/2スピンラダー系（4）容易軸異方性のあるS=1/2ボンド交代鎖系(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（5）リング交換相互作用のある
S=1/2三本鎖スピンチューブ系[3]（6）リング交換相互作用のあるS=1/2スピンラダー系（7）フラストレーションのあるS=1/2スピンラダー系
このうち（５）（６）（７）については、メカニズムがまだ未解明である。
（１）の候補物質としては有機磁性体BIP-TENO、（３）はスピンラダー系IPA-CuCl3、（５）は３本鎖スピ

図２．
スピンネマティック秩序

ンチューブ系[（CuCl2tachH）3Cl]Cl2などが知られており、今後の実験的検証に期待がかかる。

従来の長距離秩序相では、２体のスピン相関関数が３．
おわりに最後に、本研究をサポートしていただいた本新学術領域の関係者のみなさんに感謝したい。
のように、無限遠方で秩序を持つのに対し、スピンネマティック相では、２体のスピン相関関数はゼロになるが、以下のような４体のスピン相関関数がのように秩序を持つことにより特徴づけられる。
これはス
ピン系の四極子秩序に対応しており、多極子系の物理を対象とする本新学術領域において、重要な研究対象となることから、本研究ではこのスピンネマティック相を実現する物質を理論的に探索することを目的とした。

[1] R. Yamanokuchi, K. Okamoto and T. Sakai, Proceedings of 16th International Conference on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics 2018.
[2] T. Tonegawa, T. Hikihara, K. Okamoto, S. C. Furuya, and T. Sakai, J. Phys. So. Jpn. 87, 104002 (2018).
[3] T. Sakai, to appear in JPS Conference Proceedings

公 募 研 究報 告45

Ａ０１：多極子が示す局在−非局在二重性と秩序の観測

多極子を含む局所電荷分布の揺らぎ水戸毅

兵庫県立大学 物質理学研究科

中井

教授

祐介

兵庫県立大学
物質理学研究科

私たちの研究グループでは、f 電子系を中心に、多極測定を集中的に行いました。AFQ秩序状態に磁場を印子を含む電荷分布の静的、動的状態を如何にして観測加するとBサイトに二次的な内部磁場（八極子成分）がするか を 研 究してきました 。そ の 対 象 物 質 の 一 つ が誘起されるので、その磁場依存性dH(H)を調べたのでYbPdで、T a = 125 KとT b = 105 Kにて価数と構造の変化す。まず、粉末試料を用いて最低測定周波数0.68 MHzを伴う逐次転移を示します。私達はPd-核磁気共鳴（磁場約0.05 Tに対応）までの 11B-NMR測定を可能にし、（NMR）測定を行い、T a以下で結晶対称性の低下を示す

続いてTakigawaらによる単結晶試料の 11B-NMR測定結実験証拠（立方晶構造のT a 以上では働かない核四重極果[3]を参考にして粉末スペクトルの解析を行ったとこ相互作用が、T a 以下で有限になる）を得ました。また、ろ、印加磁場~ 0.05 TでdH(H)~0となることが分かりましフェルミエネルギー近傍の状態密度がT a 以下で顕著にた。以上の 11B-NMRと先述の 11B-NQR測定の結果を総合減少することも、核スピン格子緩和率1/T 1の測定から明すると、II相のゼロ磁場近傍は0.1 T以上とは異なる状態

らかにしました。特筆すべき点は、T a 直上で1/T 1 の臨界にあると考えられます。その可能な解釈の一つは、AFQ発散が観測されたことで、この異常は価数転移（つまり、がNMR/NQRの測定周波数よりも早い時間スケールで価数に関係した低エネルギー揺らぎの発達）に起因して動的に揺らいでいると考えることです。例えば、立方晶構いると考えられます。T aでの構造相転移を伴う一次の価

造のCeB 6ではO xy、O yz、O zx の間で揺らぎ残存し、静的な

105

数転移の底流に、実は二次相転移的な相関の発達が存秩序に至っていない可能性がありますが、これは通常の在するというのは非常に面白いと思います。先述の状態

ドメイン構造とは区別されるべきものです。その他、四密度に関する知見と考え合わせ、T aでの相転移はフェル極子よりも高次の多極子秩序が関係している可能性も

ミ面と価数の二つの不安定性が引き起こす転移である

否定できず、新しい研究の場を提供するものと期待しまと結論されました[1,2]。

す[4]。

次に、典型的な反強四極子（AFQ）物質であるCeB 6 の研究について記します。
この物質のAFQ秩序が現れる相（II相）では、磁場中でO xy 型の秩序変数を示すと理解されていますが、II相のゼロ磁場下での状態については実験的情報が乏しくよく分かっていません。私たちは、世界で初めてCeB 6の 11B-核四重極共鳴（NQR）信号の観測に成功し、その温度依存性を調べたところ、O xy型AFQ秩序
構造ではB原子が非等価な3サイトに分裂するはずが、それに対応する変化が実験精度内で観測されませんでした。そこで、本研究期間中は極弱磁場下での 11 B-NMR[1] R. Nakanishi et al., arXiv:1902.06367 (2019).
[2] Y. Nakai, et al., JPS Conf. Proc. (to be published).
[3] M. Takigawa, Doctoral thesis (1982).
[4] T. Tanaka, et al., JPS Conf. Proc. (to be published).

46

公募研究報告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

新たな非クラマース二重項系の多極子物性とその圧力効果
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

松林
教授

和幸

電気通信大学 大学院
情報理工学研究科 准教授

助教

郷地

順

東京大学
物性研究所

上床
助教

美也

東京大学
物性研究所

教授

2018年度から2年間、標記の課題について公募研究とが強四極子秩序である可能性が高いことが判りました。
ま

して採択していただきました。本稿では、研究背景と得らた、電気抵抗の圧力依存性は、PrT2Zn20よりも混成効果がれた成果について述べていきたいと思います。

強いと考えられているPrTi 2 Al 20と比較的よく似ているこ

立方晶PrT2X20 (T : 遷移金属, X = Zn, Al)では、結晶場とも明らかになりました [3]。PrRu2Sn2Zn18に圧力12 GPa

基底状態が電気四極子と磁気八極子の自由度のみをもを加えた場合とPrTi2Al20に2~4 GPa程度の圧力を加えた場

つ非クラマースΓ 3 二重項となっています。これまでに、合の電気抵抗の温度依存性がよく一致しているため、四極子近藤効果による非フェルミ液体状態や圧力誘起重

PrRu2Sn2Zn18はPrTi2Al20と比べると、4f 電子と伝導電子のい電子超伝導など、様々な興味深い現象が報告されてき混成が弱い化合物として理解できると考えています。

ました [1]。
これらの現象は、4f 電子の電気四極子と伝導電

次に(2)について、PrRu2Zn20のZn(16c)をInに置換した子の強い混成効果から生じていることが指摘されていま

PrRu2In2Zn18の合成を試みました。単結晶構造解析から、

す [1]。一方、非クラマース二重項基底状態と強い混成効果

Inを選択的に16cサイトに置換可能であることを確認しを合わせもつ化合物はPrT2X20以外になく、新たな非クラました[4]。さらに、磁化・比熱測定から、非クラマース二マース系化合物の開発が依然重要な課題として残されて重項が結晶場基底状態であることを明らかにしました。

いました。

また、同型構造をもつCe化合物を合成し物性を調べる

この課題を解決するため、我々の研究グループではと、In置換系でもSn置換系と同程度の混成強度が期待さ

構造相転移を示す同型化合物PrRu 2Zn 20に着目しました

れることも判りました。
これらの結果から、PrRu2In2Zn18に[1]。
これまでに、PrRu2Zn20の16cサイトのZn原子[Zn(16c)]

おいても、2 K以下で多極子と伝導電子の混成が絡んだを選択的にSnに置換することで新物質PrRu 2 Sn 2 Zn 18 の物性が発現すると期待されます。

合成に成功しました。さらにSn置換により構造相転移が以上のように、PrRu2X2Zn 18 (X = In, Sn)は、PrT 2X20の抑制され、2 Kまで非クラマース二重項が保たれていること

X = Zn系とAl系の中間程度の混成効果をもつ非クラマーを明らかにしました [2]。

ス二重項系であることが判りました。今後、PrRu 2 X 2 Zn 18

本研究課題では、以上の結果を踏まえ以下の２点に重点を置いて研究を行ってきました。

とPrT 2 X 2 0 の類似点・相違点を詳細に調べることで、非クラマース二重項系における多彩な多極子物性を統一(1) PrRu2Sn2Zn18の低温・圧力下物性測定的に理解するための重要な手がかりが得られると考え(2) PrRu2Sn2Zn18以外の同型化合物の探索ています。

まず(1)について、PrRu 2 Sn 2 Zn 18 が多極子秩序を示すか調べるため、2 K以下で比熱・電気抵抗を測定しました。To= 1.9 Kで相転移による比熱の跳びと電気抵抗の折れ曲がりが観測され、さらにToの磁場依存性から、
この相転移[1] T. Onimaru and H. Ksunose, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 082002 (2016)[2] K. Wakiya et al., J. Phys. Soc. Jpn., 86, 034707 (2017)[3] K. Matsubayashi et al., Phys. Rev. Lett. 109, 187004 (2012)[4] T. Komagata et al., JPS conf. proc. In press

公 募 研 究報 告47

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

U(RhxRu1-x)2Si2 の強磁場相における整合̶非整合転移と隠れた秩序
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

本 研 究 で は 、長 年 に わ たり解 明 が 待 た れてきた U

来る主な磁気波数には強度がないことから、x=0, 0.02は(RhxRu1-x)2Si2の強磁場相について、パルス磁場中性子回

共通して非整合スピン密度波状態にあると結論付けられ折を中心にした実験により、Rh濃度依存性を含めて明らる。準安定相がRhドーピングにより安定相になることかかにした。その結果、強磁場相は２種類あり、Rh濃度が3ら、Qa~0.6の磁気秩序は、少なくとも２つの非常に近い磁%程度を境に、低濃度側の非整合相から高濃度側の整合

気波数の競合の下で実現しており、RhドーピングによりQa相に転移することを確定した。
この結果は、
これまで、Rh低が大きくなることがM/MS ~0.37の安定化の原因である。

濃度領域で共通してII相と呼ばれて来た相が、濃度によっスピン密度波であるにも関わらず磁化が２段になることて異なる２つの相からなっていることを意味する。また、

は、この波数の競合によると思われるが、異方性との競合

強磁場領域の整合̶非整合相転移は、零磁場における隠も考慮する必用がある。

れた秩序の消滅と対応している。
U(RhxRu1-x)2Si2, x=0.04の整合相: さらに、Rhのドーピング
U(RhxRu1-x)2Si2, x=0の非整合相: 磁化過程には、磁場上昇を増やして、0.04 %にすると、Qa=2/3の整合相が出現する

時だけ現れる飽和磁化に対する磁化の比M/MS ~0.37の準[3]。
この整合相は、より高濃度のx=0.08でも確認されてい安定相と安定相のM/MS =0.6の２相あるが、温度2 Kでは、る。
これらの研究により、Rhドープにより非整合̶整合相

いずれもQa~0.6の非整合相である[1]。サテライトが観測

転移が起こることが判った。
この転移をもたらすフェルミ

されないことから、変調はサイン波的なスピン密度波状面の変化を明らかにすること、Feなど他のドーピングによ態であると考えられる。格子変調については、分解能の範り、統一的な理解を得ることが今後期待される。

囲で見られない。また、逐次相転移において磁気波数は

謝辞:本研究は, W. Knafo, F. Duc, F. Bourdarot, P. Karel氏

シフトせず、強度だけが変わることから、２つの相で磁気他多数の方々との共同研究である。

波数は共通である。一方、温度を4.2〜5 K程度に上げると、磁気ピークはa*軸方向に広がり、複数の波数に分解するように見える。この温度変化は、磁化過程に現れる準安定状態と関連があると思われるが、完全な対応は付いていない。
U(RhxRu1-x)2Si2, x=0.02の非整合相: x=0では、磁場上昇時だけ見られたM/MS ~0.37とM/MS =0.6の両方が安定相として見られる。磁気波数は、Qa~0.62とやや大きくなるが、x=0と同様、波数は２相で共通で、高調波成分は見られな
い[2]。また、整合相の波数Q a ~0.66や磁化の値を説明出[1] W. Knafo et al. NATURE COMMUNICATIONS (2016) 13075, Physica B: Condensed Matter 536 (2018) 457-460.
[2] In preparation[3] K. Kuwahara, K. et al. Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 216406.

48

公募研究報告Ｂ０１：磁場角度分解比熱・エントロピー測定からアプローチする多極子伝導系の新奇量子相

Sr2RuO4 の超伝導パリティ問題への取り組み〜 研究手法の発展に伴う新展開 〜
橘高

俊一郎

東京大学 物性研究所

助教

公募班に加わってからあっという間の2年間が過ぎよう

ところ、低磁場でH 1 / 2 に比例する振る舞いを観測しましとしています。同時に、長年お世話になった物性研究所のた。本結果は、超伝導ギャップにノードが存在することを助教としての任期も残り僅かとなりました。幸いにも次の示すものです。さらに、0.06 Kまで比熱のab面内磁場角度

ポストが見つかり、2020年4月から新天地で研究室を立

依存性を調べた結果、Hc2近傍を除いて4回対称の比熱振

ち上げる予定です。2019年11月には、第14回凝縮系科学

動[1]が符号反転を起こさないことを見出しました[5]。
こ賞（実験部門）を受賞する栄誉に恵まれました（冒頭の写の振る舞いは、dx2-y2波超伝導体であるCeCoIn5の結果[6]真は表彰式でのものです）。本領域研究でも多くの方々とは対照的で（縦のラインノードに起因する比熱振動でにお世話になりました。
この場をお借りして御礼申し上げ

あれば、低温・低磁場で符号反転することが期待される）、ます。
この2年間は、様々な共同研究を行う機会にも恵まギャップの異方性だけでは説明することが困難です。そこれました。興味深い研究成果も複数得られておりますが、で、フェルミ速度v F の異方性の効果まで取り入れた微視

本稿では個人的に思い入れのあるSr2RuO4の最近の研究

的理論計算結果と比較し、vFの異方性が大きいバンド（γの進展についてご紹介したいと思います。

バンド）に水平状のラインノードが備わっていれば測定

私は学生時代に京大・前野研でSr2RuO4を相手に研究結果を良く説明できることを指摘しました[5]。
この水平ラのイロハを学び、その奥深さに魅了されて研究者の道にインノードの存在はD 4h 対称性におけるスピン三重項超進みました。いわば恩師のような存在です。2004年（私が伝導では通常期待できないため、
スピン一重項超伝導の学部4回生のとき）に発表された出口氏らによるSr2RuO4

可能性の方が有力です。

の磁場角度分解比熱測定の論文[1]を読んで、「いつか自その後、パルス出力を極力抑えたNMRナイトシフトの分もこんな研究がしたい！」と思ったことがつい先日のよ実験から超伝導状態でスピン磁化率が実は減少しているうです。物性研時代は、正にやりたかった研究に没頭することが判明し[7,8]、Sr2RuO4の超伝導パリティ問題は大きことができ、磁場角度分解比熱測定から様々な重い電子

な転換期を迎えています。このパラダイムシフトのキー

系超伝導体のギャップ構造の解明に挑んできました[2]。

パーソンの一人であるA. P. Mackenzie氏の回想録[9]にその結果、本手法を用いた超伝導ギャップ構造の研究もは、その経緯が詳しく述べられています。
『科学的な見解

実 験と理 論 の 両 面 で 成 熟し、1 0 年 以 上 の 時 を 経 てに相違があってもお互いを尊重して建設的な議論を積み

Sr 2 RuO 4 のギャップ構造を再検証する必要があるのでは

重ね、そして協力して真実を追究する』という理想的な研ないかと考えるようになりました。2004年当時と比べれ究コミュニティーの姿がそこにはありました。胸が熱くな

ば、上部臨界磁場の制限に伴う超伝導一次相転移が発る内容でした。J-Physicsも負けず劣らずの素晴らしい研見され[3]、有力とされてきたスピン三重項超伝導シナリ

究コミュニティーが育っていると思います。私もその一員

オに疑問を呈する実験事実も出ていました[4]。そこで、として今後も分野の発展に貢献できるよう努めていく所

0.06 Kの極低温で精密に比熱の磁場依存性を測定した存です。皆様、
これからもどうぞよろしくお願い致します。

[1] K. Deguchi et al., Phys. Rev. Lett. 92, 047002 (2004).
[2] T. Sakakibara et al., Rep. Prog. Phys. 79, 094002 (2016).
[3] S. Yonezawa et al., Phys. Rev. Lett. 110, 077003 (2013).
[4] S. Kittaka et al., Phys. Rev. B 90, 220502(R) (2014).
[5] S. Kittaka et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 093703 (2018).
[6] K. An et al., Phys. Rev. Lett. 104, 037002 (2010).
[7] A. Pustogow et al., Nature 574, 72 (2019).
[8] K. Ishida et al., J. Phys. Soc. Jpn. 89, 034712 (2020).
[9] A. P. Mackenzie, J. Supercond. Nov. Magn. 33, 177 (2020).

公 募 研 究報 告49

Ｂ０１：スピン軌道相互作用による不安定性で形成される遍歴多極子秩序

5 d パイロクロア酸化物 Cd 2Re 2O 7の電気トロイダル四極子秩序相におけるドメイン制御平井大悟郎

東京大学 物性研究所

田島

聖士

善二

木下

雄斗

東京大学 物性研究所
M2

東京大学 物性研究所教授

東京大学 物性研究所
特任助教

徳永

秋葉

小林

将史

東京大学 物性研究所准教授

和人

岡山大学 自然科学研究科
助教

達生

岡山大学 自然科学研究科教授

2015年にL. Fuは、スピン軌道相互作用(SOI)によって組みました。
Cd2Re2O7では相転移に伴い、立方晶の<1 0 0>,

駆動される相転移の可能性を指摘しました[1]。SOIが強<0 1 0>, <0 0 1>方向にc軸を取る3つの自由度と2種類のく働き結晶構造に空間反転対称性がある金属では、ス

反転対称の破れ方の、合わせて6種類のドメインが形成

ピン縮退を解こうとするフェルミ面の不安定性が生じ、されます。
これらのドメインがランダムに形成されると、自発的に反転対称性を破る相転移が起こる可能性があ

電子系の秩序によって生じた異方性や磁気電流効果のります。このような新しいタイプの相転移が起こる有力シグナルが平均化されたり、打ち消されたりします。

な候補物質として5dパイロクロア酸化物Cd 2 Re 2 O 7 が注

そこで、本質的な物性を明らかにするために、私たち目されています。Cd 2 Re 2 O 7 は高温相(I相)では通常のパイロクロア構造である立方晶の構造(Fd3m)をもつパウは応力によるドメイン整列を行いました。ピエゾ素子を

リ常磁性金属です。温度を下げていくと、Ts1 = 200 Kにおいて正方晶(I4m2)のII相へと空間反転対称性の破れと「圧縮」の歪を誘起することができます。薄く整形したを伴う二次の相転移を示し、さらに温度を下げるとTs2 =よりドメイン構造の変化を観察しました。偏光顕微鏡で120 Kで一次相転移によって、異なる正方晶(I4122)のIII相は反転対称性の異なるドメインは区別できないので、へと転移します[2]。
このT s1がL. Fuの提案した相転移に歪を加えていない時は、3種類の正方晶ドメインのみ区

対応すると考えられ、パウリ常磁性磁化率が大きく減少

別できます。図1上図に示すように、II相でもIII相でも、水することから、電子構造に大きな変化が生じていること

平と斜め45度のドメイン境界ができ、確かに3種類のドが分かっています。このような新奇な相転移によって形

メインが形成されていることがわかります。
ここに1軸の成される電子相もまた特異なものとなります。北海道大圧縮(中段)と引っ張り(下段)歪を加えると、ドメイン境界(現東京大)の速水さんたちは拡張多極子という視点かは大きく変化します。II相では、圧縮で水平な境界がで

らCd2Re2O7の低温相の電子相を分類し、電気トロイダル

き、引っ張りで境界が消失します。
これは、c 軸長がa 軸長四極子(ETQ)という多極子秩序が形成されていることをよりも長く、引っ張り歪でc 軸が歪の方向にむいたドメイ

指摘しました[3]。
この電子秩序においては、磁気電流効

ンだけが選択されるためです。逆に、圧縮すると歪の方

果や磁場下で非相反な輸送特性といった特異な物性が向にa 軸がそろった2つのドメインが選択され、水平方期待されます。

向の境界が現れます。一方、III相では振る舞いが逆転し使うことで、印加電圧の正負によって簡単に「引っ張り」
試料(約50 mm)をピエゾ素子に張り付け、偏光顕微鏡に

このように理論研究が大きく進展するなか、私たちはます。圧縮でドメイン境界がなくなり、引っ張りでは水平なCd 2Re 2O 7で形成される特異な電子相の本質を明らかに境界が現れます。
この振る舞いは、T s2においてa 軸とc軸するため、低温で形成されるドメイン構造の制御に取りの大小関係が逆転するというCd 2 Re 2 O 7 の特異な振る舞[1] L. Fu, Phys. Rev. Lett. 115, 026401 (2015).
[2] Z. Hiroi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 024702 (2018).
[3] S. Hayami et al., Phys. Rev. Lett. 122, 147602 (2019).

50

廣井

助教

公募研究報告図2．
ドメイン整列した結晶の抵抗率の温度依存性。インセットにETQ相で形成されるスピン分裂したFermi面[3]を示した。
図1．Cd 2 Re 2 O 7 のピエゾ素子を使った1軸歪によるドメインの整列。II相(130 K)とIII相(70 K)においてドメイン整列を実現した。

で、ETQが実験的に明かにできるはずです。また、新学術領域を通じて多くの先生方と共同研究を行っていまいに起因しています。つまり、III相ではa 軸長がc 軸長よす。Cd 2 Re 2 O 7 は非常に魅力的であり、同時にややこしいりも長 い た め 、歪 へ の 応 答 が 逆 転 するので す。実 は、物質ですが、多角的な測定によってその裏に隠れている

Cd 2 Re 2 O 7 の正方晶歪は極めて小さいため、今回のドメ

新しい物理が見えてくると期待しています。

インの観察で初めて正方晶歪の逆転現象が明らかになりました。このドメイン整列させた結晶を使い、電気抵
抗率の異方性を測定しました。図2のように、II相でもIII相でも二割を超える抵抗率の異方性が観測されました。
これは構造の歪が小さいことと対照的で、Fermi面が大きく変形していることを示唆します。また、T s2において抵抗率の異方性が反転しており、ETQの成分がスイッチすることと対応しているのかもしれません。このように、ドメインをそろえることでCd 2 Re 2 O 7 の本質的な物性が明らかになってきました。今後、他の測定でもドメインをそろえた試料を用いることで、これまで得られなかった情報が得られると考えています。
現在、北海道大学 網塚先生のグループとの共同研究で、電流によって誘起される磁化の観測にも取り組んでいます。
このシグナルは、Fermi面のスピン分裂と直結しているため、様々な電流方位でのシグナルを測定すること

公 募 研 究報 告51

Ｂ０１：ウラン化合物における多重超伝導相の解明と多極子クーパー対の動的電磁応答

ワイル超伝導とネマティック・トポロジカル
超伝導の電磁応答・熱応答・幾何学的応答藤本聡

大阪大学基礎工学研究科

水島健

大阪大学基礎工学研究科
准教授

鶴田

教授

篤史

多田

大阪大学基礎工学研究科
助教

ウラン系超伝導体にはUPt3, U1-xThxBe13等、印加磁場、来の超伝導状態の輸送現象を記述する標準的理論であ

組成、温度等の変化に応じて多重超伝導相を示すもの

る準古典近似（Eilenberger方程式）では、Berry曲率の効があることが知られています。近年の研究の進展により、果を捉えることができません。我々は準古典近似を越え

これらの超伝導相ではトポロジカル超伝導状態、ワイル

るトポロジカルな量子補正を系統的に取り入れるように超伝導状態、ディラック超伝導状態と呼ばれるトポロジ

理論を改良し、上記の結果を得ることに成功しました。同

カル相が実現している可能性が高いことが分かってきま様にBerry曲率に由来する異常熱ホール伝導率も、準古した。
これらの超伝導体において、トポロジカル超伝導や

典近似にトポロジカル量子補正を取り入れることによっ

ワイル超伝導固有の新現象を理論・実験両面で明らかにて、計算することができることが分かりました。ワイル超

していくことは大変、興味深い問題です。我々は、本新学伝導の候補物質として、上記に挙げたものの他、UCoGe

術領域での研究期間中にこの問題に取り組み、ワイル超等の強磁性非ユニタリー超伝導等もあり、これらの系で伝導、トポロジカル超伝導に特有の物性現象を理論的にワイル超伝導性を実証することが今後の重要課題です。

明らかにしました。

次にトポロジカル超伝導の新規電磁応答についてで

まず、ワイル超伝導の新規輸送現象について説明しま

すが、U 1-xTh xBe 13ではThをドープしていない状態ではスす。ワイル超伝導は時間反転対称性の破れたカイラル超

ピン３重項トポロジカル超伝導状態が実現していること

伝導状態や非ユニタリ状態で実現し、点状ノードからのが期待されています。
しかもこのクーパー対状態は結晶準粒子励起がワイル粒子として振舞います。この”ワイ対称性を自発的に破ったネマティック超伝導状態であル・バンド”が波数空間の擬似的磁場であるBerry曲率をり、これにThをドープすると低温領域でワイル超伝導状

生成し、その結果、量子異常と関連した様々な興味深い態に転移すると理論的に予想されます。
この転移点付近

輸送現象を発現します。さらにワイル超伝導では通常のでは、ネマティック超伝導に由来する集団励起（ヒッグ

電磁応答に加えて、格子変形や渦等のトポロジカル織り

ス・モード）が存在します。我々はこのヒッグス・モードが目がワイル準粒子に作用する擬似的な電磁場を発現し実験的に検出可能な電磁応答を示すことを明らかにします。
これらの効果によって、ワイル超伝導に特徴的な輸ました[4]。
これが実験で検出できれば、ネマティック超伝

送現象である、異常熱ホール効果、負の熱磁気抵抗[1]、導の証拠となります。

カイラル磁気効果[2][3]が実現することが、我々の研究で明らかになりました。負の熱磁気抵抗とは、渦や格子変形が生み出す擬似的磁場がワイル準粒子の量子異常効
果を誘発し、擬似的磁場に平行な方向の温度勾配に対して熱流が増大するという現象です。
この現象は、ワイル準粒子の有するBerry曲率と密接に関わっていますが、従[1] T. Kobayashi, T. Matsushita, T. Mizushima, A. Tsuruta, S. Fujimoto, Physical Review Letters 121, 207002 (2018).
[2] Y. Ishihara, T. Mizushima, A. Tsuruta, S. Fujimoto, Physical Review B 99, 024513 (2019).
[3] T. Matsushita, T. Liu, T. Mizushima, S. Fujimoto, Physical Review B 97, 134519 (2018).
[4] H. Uematsu, T. Mizushima, A. Tsuruta, S. Fujimoto, J. A. Sauls, Physical Review Letters 123, 237001 (2019).

52

靖啓

東京大学物性研究所
助教

公募研究報告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

ジグザグ構造を持つ物質，及び関連物質における特異な量子相の解明と新規探索
小手川恒神戸大学 理学研究科

准教授

CrAsやMnPにおける圧力誘起超伝導，RuAsにおけ強磁性体UGe2においては圧力下のNQRの1/T2測定をる金属絶縁体転移，UGe 2 における強磁性超伝導などの通して強磁性内の1次の量子相転移、及び有限温度の臨

多彩で興味深い現象がジグザグ構造を舞台にしている界点の近傍で縦方向の磁気揺らぎの観測に成功した。[4]

ことを踏まえ，その構造が電子状態にもたらす効果を抽これはUGe2の超伝導機構の解明につながる重要な結果

出し，さらに新奇物性探索を行うことを目的に研究をスだと考えている。また，強磁性量子相転移に関連して空タートさせた。まず，CrAsにおいては圧力下NMR測定

間反転対称性のないCeRh6Ge4の圧力効果の実験を行っからこの系特有の磁気相関の存在を明らかにした。[1]た。強磁性−常磁性の量子相転移はゼロ磁場下では1次

そもそもCrAsなどのMnP- 型構造をもつ磁性体は3次相転移になると理論的に説明されているが，CeRh 6 Ge 4

元的なジグザグ構造のため短距離の交換相互作用のでは圧力下で1次相転移の振舞が見られず，むしろ量子競合が起こり，ヘリカル磁性が安定化されると言われて臨界的に振舞う事を明らかにした。[5] 本結果は強磁性いる。図に圧力下のCrAs，銅酸化物，鉄系超伝導体の量子相転移の理解を深める上で重要であり，実際，我々

1/T 1T，及びKnight shiftを比較した図を示す。1/T 1Tはの結果を受けて，反転対称性の無い系では強磁性量子3者とも類似しているのに対してKnight shiftはCrAsの臨界点が生じても良いという理論的解釈がなされていみ低温に向かってスピン磁化率の増大し，つまり，q ~ 0のる。[6]強磁性的ともいえる相関の存在が示された。今後，この相関と超伝導との関りを解明したい。

本新学術領域のサポートのおかげで，様々な系に対する研究を行うことが出来た。個人的には試料作製に取りまた，非共形ではないが，短距離の交換相互作用の競組み，かなりの経験を得ることが出来たのは大きな収穫合という点に着目し，Mn 3 Pという物質の研究を行った。

であったと思う。本新学術領域関係者の皆様，及び多数

30 Kで反強磁性転移を示すという事以外，深い研究がなの共同研究者の方々に感謝します。

されていなかったが，我々は単結晶の作製に成功し，共同研究者らの協力を得て，複雑なヘリカル磁性を示すこと，特異な2段転移の存在，1.6 GPaでの量子臨界点の誘起，重い電子系的振舞などの多くの結果を得ることに成功した。[2] 本系は遍歴描像にある広義のフラストレーション系が量子臨界点近傍でどのように振舞うかを知る
格好の物質であると捉えられる。
RuAsの非磁性相転移は非共型対称性が保証するバ
ンド縮退が要因となっていると考えられるため，同じ空間群に属す物質で類似の相転移の探索を行った。その結果，NbCrPにおいて約100 Kにおいて1次相転移を発見した。[3] NbCrPの場合は絶縁体にはならないが，NMRの結果からギャップ形成が示されている。今後，非図：CrAsと他の超伝導体との1/T1T，Knight shiftの比較

共型のバンド縮退とこの相転移の関連について明らかにしたい。

[1] K. Matsushima, H. Kotegawa et al., Phys. Rev. B 100, 100501(R) (2019).

[4] Y. Noma, H. Kotegawa et al., to be submitted.

[2] H. Kotegawa et al., Phys. Rev. Lett. 124, 087202 (2020).

[5] H. Kotegawa et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 093702 (2019).

[3] Y. Kuwata, H. Kotegawa et al., to be submitted.

[6] T. R. Kirkpatrick and D. Belitz, arXiv:1911.02649.

公 募 研 究報 告53

Ｂ０１：Cd 2Re 2O 7 の高圧下における奇パリティ多極子秩序とパリティゆらぎ超伝導

Cd 2Re 2O 7 の高圧下における奇パリティ
多極子秩序とパリティゆらぎ超伝導小林達生

岡山大学大学院自然科学研究科

教授

秋葉

和人

廣井

善二

岡山大学

助教

東京大学

教授

Cd2Re2O（以下CRO）は結晶の空間反転対称性を破る
7

有効質量がより増大していることを示唆する。有効質量構造相転移を示す超伝導体で、Fig. 1 a) のような圧力−の増大の機構については、電子−格子相互作用が知ら

温度相図を示す。[1] 超伝導の臨界磁場Bc2は著しく増大れているが、バンド計算から構造相転移によるホールバ

し、4.0 GPaでは常圧の27倍に達することが特徴である。

ンドの分裂が指摘されており[3]、量子ゆらぎ効果の可能

最近、
これに関連して、構造転移は奇パリティ多極子秩序性がある。

であり、この電子軌道のパリティを破る秩序のゆらぎに

最近、廣井研でピエゾ素子を用いたII相とIII相の単一より、p波超伝導が誘起されるというシナリオが理論的にドメイン化に成功している。電気抵抗の異方性を測定し提案された。[2]てみると、20％程度の異方性が観測された。[4]現在、電子状態の異方性を明らかにすべく、極低温での磁気抵抗

1. 高圧下比熱測定によるBc2の圧力効果測定の準備中である。

高圧下でのBc2の増大は電気抵抗測定で観測されており、バルクの性質であるかどうか明らかでない。
これを明らかにするために、交流法比熱測定を6.5 GPaまで行った。
超伝導転移に伴う比熱異常は6.5 GPaまでシャープであり、B c 2 が 常 圧 の 値 の 3 0 倍 に 増 大 することを 確 認した 。
（Fig. 1 b））
また、4.0 GPa近傍の臨界点から離れるとTcやB c2 に変化が現れることを期待したが、大きな変化はない。
2. 高圧下ホール効果測定
構造相転移のゆらぎ効果が現れることを期待して、ホール効果測定を行った。パイロクロア構造をもつI相では正のホール係数R Hを示すが、反転対称性を失ったII相およびIII相ではRHは負の値を示す。CROは補償金属であるから、ホールの移動度が減少するために、このような振る舞いを示すと推測される。Fig. 1 c)のように、IV相ではより大きな負の値を示し、VIII相ではさらに増大する。
これは電気抵抗測定で観測されている有効質量の増大と関連していると考えられ、高圧下で電子よりホールの[1] T. C. Kobayashi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 80, 023715 (2011).
[2] V. Kozii and L. Fu, Phys. Rev. Lett. 115, 207002 (2015).
[3] Z. Hiroi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 72, 21 (2003).
[4] 詳細は平井氏の報告

54

公募研究報告Fig. 1. a) Cd2Re2O7の圧力−温度相図、b) 規格化したBc2の圧力変化、c) 10K
でのRHの絶対値の圧力変化。

Ｂ０１：立方晶化合物の特異な電子状態

スキルミオン化合物 EuPtSi の磁気モーメントと伝導電子のスピンテクスチャー
大貫惇睦

琉球大学 理学部

竹内徹也

大阪大学 低温センター
助教

客員教授

辺土

正人

仲間

琉球大学 理学部教授隆男

琉球大学 理学部教授

私たちは磁気スキルミオンを示す典型化合物 MnSi とている。(001)面ではαブランチのスピンは中心のΓ点同じ立方晶キラル (No. 198)の EuPtSi でスキルミオンをを向き、αʼでは外側に向かっている。一方、(111)面では見出した。従来3d 電子系で見出されていたが、希土類化

αブランチは回転しながら反時計回り、αʼでは時計回り

合物の 4f 電子系で見出されたのは初めてのことである。

である。

図1に H//[111]の磁気相図を示す [1]。多くの点で MnSiと良く似ていて、ネール点 TN = 4.05 K で温度の履歴のな
い1次の相転移を示すこと [2]、データの “ □ ”は3重臨界点で，閉じた A 相がスキルミオン相である。磁場ゼロでの伝幡ベクトルは q = (0.2, 0.3, 0)のヘリカル磁性で, A 相
では 3q 構造をとる [3,4]。|q| が大きいことを反映して、
スキルミオンサイズξ= 2π/ | q | は 18 Åと小さい。MnSi は
180 Åと大きいので一種の連続体と見なされるが、18 Åの曲がりくねった直線上には 5から7 個の Eu 原子しかない。そのため例えば H//[110] ではスキルミオン相は形成されない。
しかし、サイズが小さいとスキルミオンの数は
単純には MnSi の100倍であり、それに伴う創発磁場は100倍大きく、従ってスキルミオン形成のホール抵抗も大きい。MnSi では，磁性と伝導を担う 3d 電子はスピン

図1. EuPtSiのH//[111]の磁気相図。

揺らぎの遍歴電子系であるが、EuPtSi の4f 電子系は完全に局在している。磁気秩序は伝導電子のスピンを介した RKKY 相互作用に依る。
本研究では非常に純良な単結晶が育成されたので、
ドハース・ファンアルフェン(dHvA)効果実験によりフェルミ面の性質が明らかにされた[5]。図2(a)は dHvA 振動数の角度依存性である。dHvA 振動数はフェルミ面の最大もしくは最小の断面積に対応する。全てのdHvA ブラ
ンチは閉じたフェルミ面に対応し、結晶反転対称性の破れを反映して大きくスピン分裂している。図2(b)と(c)はスピン分裂した一番大きなフェルミ面のブランチαとαʼの H//[001]と[111]での伝導電子のスピンの向きを示し

図2. (a)EuPtSiのdHvA 振動数の角度依存性。(b)と(c)はそれぞれH//[001]と[111]のブランチαとαʼの断面での伝導電子のスピンテクスチャー。

[1] M. Kakihana et al., JPSJ 87, 023701 (2018).

[4] C. Tabata et al., JPSJ. 88, 093704 (2019).

[2] T. Sakakibara et al., JPSJ 88, 093701 (2019).

[5] M. Kakihana et al., JPSJ. 88, 094705 (2019).

[3] K. Kaneko et al., JPSJ 88, 013702 (2019).

公 募 研 究報 告55

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 理工学部教授

前半後半、合わせて４年間、あっという間に過ぎてしには A R P E S などで か なり異 方 的 なギャップ 構 造 が 観

まいましたが、公募研究としてお世話になりました。こ

測されており、バ ルク測 定で 見られるフルギャップ 的の間、重い電子系を念頭に、第一原理計算と群論を組

な 振る舞 いとは 相 反 するという報 告もあり、そもそもみ合わせて超伝導の理論の発展に従事しました。

バルクとして異方的なペアであるか、表面状態がなん

特 に 前 半 で は 、野 本 拓 也 さ ん ( 東 大 物 工 ) お よ び

らか の 影 響を受 けてノード的 な 振る舞 いを示した の服部一匡さん(首都大)との共同研究において、多軌道か、未だ混沌とした状態と考えられます。これらに関す系超伝導体における多様なクーパー対を群論的に整る研究の一部はreview paperにまとまっていますので、理し、これまでの研究で見逃されてきた超伝導状態を

これから参入される方は、ぜひご参考にしていただけ

多極子ペアとして一般化しました。[1-4]

ればと思います。[6]そもそもはUPt 3 を対象として第一原理計算に基づ

一方、後半の研究でより重きを置いたLDA+ DMFTといて評 価したギャップ 構 造 が、フェルミ面 毎 に異 なるいう道具立ての開発においては、残念ながら期間内にノード構造を示し[5]、その中に従来のノード構造では形にすることはかないませんでした。現在も、鈴木通人

認められない垂直ラインノードが現れたことが研究のさん(東北大金研)や星野晋太郎さん(埼玉大理工)のお発 端でした。その 後、群 論を用 いて、一 般 に六 方 晶 系

力添えを頂きながら、独自コードの開発に勤しんでおでは角運動量 j z =±3/2の電子ペアにおいて従来とはり、現在、Hubbard I近似の範囲内で電荷分布の変化

異なるノード構造が出現することを示しました。[1] 加を自己無撞着に取り込むことまではできるようになり

えて、多 軌 道 系 超 伝 導 に お いては 軌 道 間 ペアが 可 能ました。今後、２粒子相関の計算と組み合わせて、局在であり、局 所 ペアでも異 方 的 超 伝 導 が、した がって電f 電 子 の 振る舞 いを第 一 原 理 計 算 に基 づ いて系 統 的子格子相互作用から異方的ペアが出現する可能性がに評価していく予定です。

あ ると い うことを 示 唆し まし た 。さら に 、U B e 1 3 や今 後とも、皆 様と活 発 に 議 論 で きることを 楽しみ

P r O s 4 S b 1 2 のような 結 晶 場 f 2 状 態 にお いては、その 基にしています。引 き続 き、どうぞよろしくお 願 い い た

底多重項の対称性を引き継ぐ形で局所ペアが出現しします。

うることを指摘しました。[2]また、UPd 2 Al 3 のようなノンシンモルフィックな磁気
空 間 群 にお いては 従 来 型 の s 波 超 伝 導 が 群 論 的 に禁止され 、常にノードが存在するという珍しい例になっていることを明らかにしました。[3]後 半で はこのような 多 極 子 ペアの 考え方をさらに発展させるべく、その条件が理想的に見えるBiS 2 系層状超伝導体に着目して研究を行いました。この系では
Bi 6 pバンドで 超伝導が出現しており、スピン軌 道 相
互 作 用 の 影 響 が 大きいと考えられます。また、実 験 的[1] T. Nomoto, K. Hattori, H. Ikeda, Phys. Rev. B 94, 224503 (2016).
[2] K. Hattori, T. Nomoto, T. Hotta, H. Ikeda, J. Phys. Soc. Jpn. 86, 113702 (2017).
[3] T. Nomoto, H. Ikeda, J. Phys. Soc. Jpn. 86, 023703 (2017).
[4] 野本拓也，服部一匡，池田浩章，
日本物理学会誌 74, 146 (2019).
[5] T. Nomoto, H. Ikeda, Phys. Rev. Lett. 117, 217002 (2016).
[6] K. Suzuki, T. Nomoto, K. Hattori, H. Ikeda, J. Phys. Soc. Jpn . 88, 041008 (2019).

56

公募研究報告Ｃ０１：局所的な軌道混成に由来するトロイダル多極子がもたらす新奇マルチフェロイクスの開拓

局所的な軌道混成に由来する
トロイダル多極子がもたらす新奇マルチフェロイクスの開拓
速水

賢

東京大学

工学系研究科講師

本新学術領域の公募研究では、「トロイダル」多極子とで、スピン軌道相互作用が無い状況においても、スピン分いう従来の電気・磁気多極子とは異なる新しい電子自由裂を示すバンド構造が現れることを明らかにしました。特度に着目して、その表現論を構築することにより、多極子に、反強磁性クラスター構造におけるクラスター多極子

概念の拡張や、その秩序状態が示す新しい交差相関(マルと、ホッピング自由度に潜むボンド多極子間の有効的なチフェロイクス)現象の開拓を目指してきました。本研究で多極子結合がスピン分裂バンドの発現に本質的であるこ

得られた3つの成果を以下に記します。

とを見出しました。本結果は、スピン軌道相互作用が小さいとされている有機導体や3d 遷移金属化合物といった物

1. 固体中における多極子の定式化と分類論 [1]質群においても、巨大なスピン分裂が生じうることを示唆

32の結晶点群のもとで活性化する多極子自由度とそしています。

れらがもたらす物性を網羅的に調べ上げました。まず、
実空間および波数空間ににおける多極子のミクロな表

3. 遍歴磁性体における新規スキルミオン [9,10,11]

式を導出することにより、4つの多極子(電気・磁気・電気

トポロジカルに非自明な磁気構造をもつスキルミオン

トロイダル・磁気トロイダル)がどのような結晶点群や電結晶はこれまでにカイラル磁性体において数多く発見さ

子波動関数のもとで現れるかを明らかにしました[1,2]。

れてきましたが、我々は遍歴電子系特有の波数空間におまた、電気磁気効果や磁気弾性効果といった交差相関現

ける長距離型の有効相互作用によってもスキルミオン結象における応答テンソルの性質を多極子の視点からま晶が安定化することを明らかにしました。
こうした結果は、とめました[2, 3]。
これら4つの多極子を用いると、クラスター

最近EuPtSiにおいて見出されたスキルミオン相の安定化

多極子[4]、ハイブリッド多極子[5]、ボンド多極子[6]といっの理解にも役立つと思われます。

た様々な拡張多極子を統一的に捉えることが可能となります。

最後になりましたが本プロジェクトで得られた研究成本研究で得た多極子による電子自由度の一般的記述

果は、参考文献にもありますように、楠瀬博明先生をはじは、電子系の秩序変数や励起構造の性質を統一的に理めとして、多数の方々との共同研究に基づくものです。
こ

解・予測する上で有益な情報を与えるだけでなく、様々なの場を借りて、心より御礼申し上げます。

交差相関現象を示す新規物質探索への指針をもたらすことが期待されます。
2. 多極子自由度を用いた創発スピン軌道物性 [7,8]反強磁性体の発現に伴う対称性の低下を利用すること[1] 速水 賢，八城 愛美，柳 有起，楠瀬 博明, 固体物理 54, 131 (2019).
[2] S. Hayami, M. Yatsushiro, Y. Yanagi, and H. Kusunose, Phys. Rev. B 98, 165110 (2018).
[3] H. Watanabe and Y. Yanase, Phys. Rev. B 98, 245129 (2018).
[4] M.-T. Suzuki, T. Nomoto, R. Arita, Y. Yanagi, S. Hayami, and H. Kusunose, Phys. Rev. B 99, 174407 (2019).
[5] S. Hayami and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 033709 (2019); M. Yatsushiro and S. Hayami, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 054708 (2019).
[6] S. Hayami, Y. Yanagi, H. Kusunose, Y. Motome, Phys. Rev. Lett. 122, 147602 (2019).
[7] M. Naka, S. Hayami, H. Kusunose, Y. Yanagi, Y. Motome, and H. Seo, Nat. Commun. 10, 4305 (2019).
[8] S. Hayami, Y. Yanagi, and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 123702 (2019).
[9] S. Hayami, R. Ozawa, and Y. Motome, Phys. Rev. B 95, 224424 (2017).
[10] S. Hayami and Y. Motome, Phys. Rev. Lett. 121, 137202 (2018).
[11] S. Hayami and Y. Motome, Phys. Rev. B 99, 094420 (2019).

公 募 研 究報 告57

Ｃ０１：電流と格子回転・歪みによる複合共役場を用いた拡張多極子検出の試み

単サイト四極子近藤効果の検証：
Y1-xPrxIr2Zn20 の弾性応答に観る
対数的温度変化柳澤達也

北海道大学大学院理学研究院

日高宏之

北海道大学大学院
理学研究院

網塚

浩

北海道大学大学院
理学研究院

准教授

Sergei Zherlitsyn

Joachim Wosnitza

山根ドレスデン強磁場研究所

ドレスデン強磁場研究所/
ドレスデン工科大学

広島大学大学院
先端物質科学研究科

悠

鬼丸

孝博

広島大学大学院
先端物質科学研究科

２年間の公募研究では主に磁場・電流下の超音波計測を行

2 T）
において、弾性定数は+logTに比例したソフト化を示します。

い、反転対称無き金属間化合物における奇パリティ多極子のさらに磁場印加により混成が切れ、対数的温度変化が消失し、観測を試みてきました。本稿ではD01班の鬼丸氏との連携に結晶場効果が現れることも２チャンネル近藤模型による予測

よって生まれた、非クラマース二重項系の四極子近藤効果のと一致します。内挿図では、14 Tの磁場下のデータを磁場鈍感

研究の成果をご紹介します。

なフォノンによるバックグラウンドとみなし、各データから差し

私が四極子近藤効果の問題に初めて出会ったのは学生時引いて補正しており、0.04 K付近まで続く+logT依存性が得ら代に斜め読みしたCox-Zawadowskiの分厚いレビュー論文でれます。最低温付近では僅かに+logTから外れ、鶴田・三宅らした [1]。
この論文では、２チャンネル(不純物)近藤模型から、が予言する-√Tの温度依存性に従うようにも見えます[7]。しか(1/2)log2の残留エントロピーの存在や、磁気比熱を温度でしながら、十分低温では何らかの機構（例えば、Pr間の相互作

割ったC/Tや四極子感受率が対数的温度変化を示すことなど

用、他の自由度（核モーメントやオフセンター自由度）との結合が紹介され、実験で有望視されるものとして(Th, U)Ru2Si2,UBe13など）によって、残留エントロピーが消失するのは必然ですの

等の物性が挙げられていますが、本現象の主役である電気四で、弾性定数や他の物理量も同様に理論からずれると考えら

極子の応答を直接捉えた実験はありませんでした [2]。

れ、理論との比較は慎重に行う必要があります。現在は、異な一方、f 配位をとる4f電子系のPr化合物の研究も進展し、るPr濃度の試料の弾性応答が濃度によってスケールするかを

2

PrInAg2、PrPb3、PrIr2Zn20の超音波測定が行われてきましたが、検証中です。今後の展望としては、当初の候補物質であったU

Pr間の相互作用に起因する四極子秩序や他の自由度との化合物の希釈極限系の問題にも挑戦し、母物質が示す重い電結合が生じ、超音波による単サイト四極子近藤効果の検証は子状態や低温秩序相との関連を調べたいと思っております。

未達成でした [3, 4]。近年、山根・鬼丸らによってPr希薄系(Y, Pr)Ir 2 Zn 20 における極低温比熱・電気抵抗が系統的に観測され [5]、単サイト四極子近藤効果の傍証として注目されています。我々は本系の超音波測定を試み、本問題で残された最後のパズルのピースである四極子感受率の対数的温度変化を初めて捉えることに成功しました [6]。
図にY1-xPrxIr2Zn20の超音波測定の結果を対数温度軸で示します。x = 0.034の試料においてΓ3対称性の四極子感受率に対応する弾性定数(C11-C12)/2は、2 K以下でソフト化を示します。
これは、希釈系においてもPrの結晶場基底状態が非クラマー
ス縮退を保持していることを示しています。他の物理量が非フェルミ液体的振る舞いを示す磁場・温度領域（T ≤ 0.3 K、H ≤は14 Tのデータを差し引いた後に+logT（直線）、-√T（破線）と比較している。

[1] D. L. Cox and A. Zawadowski, Adv. Phys. 47 (1998) 599-942.

[5] Y. Yamane et al., Phys. Rev. Lett. 121 (2018) 077206.

[2] H. Amitsuka and T. Sakakibara, J. Phys. Soc. Jpn. 63 (1994) 736-747 .

[6] T. Yanagisawa et al., Phys. Rev. Lett. 123 (2019) 067201.

[3] O. Suzuki et al., J. Phys. Soc. Jpn. 75 (2006) 013704.

[7] A. Tsuruta and K. Miyake, J. Phys. Soc. Jpn. 84 (2015) 114714.

[4] I. Ishii et al., J. Phys. Soc. Jpn. 80 (2011) 093601.

58

図 Y1-xPrxIr2Zn20 (x = 0, 0.034)の弾性定数(C11-C12)/2の相対変化の温度依存性。破線は結晶場と磁場鈍感なフォノン由来の影響を考慮した解析。内挿図

公募研究報告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非局所相互作用の新しい公式
大槻純也

岡山大学異分野基礎科学研究所

研究協力者 品岡准教授

寛

埼玉大学大学院理工学研究科
助教

多極子秩序など、化合物の相転移に関する理論研究に化は確立しているものの、軌道自由度の4乗に比例する

は現象論と微視的理論の2つの異なるアプローチがあ

計算量のために、現実的な化合物に対する計算は困難

る。J-Physicsのプロジェクトで多くなされている対称性にであるという問題点がある。

よる考察は現象論の代表である。一方、微視的理論は電

文献[1]において、我々はχ ab,cd (q)の定式化を見直し、子間やその局所自由度などの間の相互作用を出発点とし適切な近似を適用することで、簡易的な公式を導出した。

て、その模型を解析することで物性を論じる。前者が「相この公式の特徴として以下が挙げられる。

転移が起こったらどうなるか」を問題にしているのに対し

 強相関極限で元の公式と厳密に一致する。

て、後者は「相転移がなぜ起こるのか」という疑問に答え

 弱相関領域においてはχab,cd(q)は元の計算法とようとしているともいえる。
微視的アプローチの研究において、第一原理計算を利ズレがあるものの、転移温度はほぼ正しい。
 非局所相互作用I (q)の公式を含む。

用して化合物の詳細を考慮に入れる計算法が発展してき 強相関極限でI (q)が運動交換相互作用やている。特に超伝導研究の分野において応用が進んでいRKKY相互作用の表式と一致することがる。それは超伝導現象がフェルミ面の構造に敏感で、化合解析的に示せる。

物のバンド構造を取り入れることが実験との比較においこの新しい公式を用いることで、これまで困難であったて必須だからである。磁性研究（多極子も含む）においてf 電子やd電子を含む強相関化合物の感受率計算が可能も、個々の化合物のバンド構造を考慮することで、秩序パとなる。

ラメーターの決定や定量的議論が可能となる。

なお、非局所相互作用I (q)の第一原理計算法としては

ただし、超伝導の場合と異なり、磁性においては強い

Lichtensteinの公式[2]が有名であるが、それとの比較は電子間相互作用による電子の局在性を考慮に入れること

今後の課題である。また、
ヨーロッパを中心として、動的が必須である。
しかし、完全な局在描像を出発点とした平均場理論の拡張理論が盛んに研究されており、その方

RKKY相互作用公式では、磁気揺らぎ・多極子揺らぎに起程式を出発点として近似を施すことで我々と似た公式が因する超伝導など、磁性を超えた物理への拡張性がなく導かれている[3]。

なってしまう。そこで、弱相関領域から強相関領域までを

DFT+DMFTを用いた研究は、初期のころは一粒子励起

扱える動的平均場理論(DMFT)を第一原理計算(DFT)と接の計算が中心であったが、最近は二体相関も可能となっ続したDFT+DMFT法が注目されている。

てきた。多極子秩序の定量計算の基礎が着実に進歩して本研究では、波数依存感受率χab,cd(q)に注目した。
ここいる。

で、a, b, c, dはスピンと軌道を合わせた添え字である。
この物理量に磁気揺らぎ・多極子揺らぎの情報が含まれており、固有値の発散から相転移温度が、対応する固有関数から秩序変数が決定される。この計算法は定式[1] J. Otsuki, K. Yoshimi, H. Shinaoka, Y. Nomura, Phys. Rev. B 99, 165134 (2019).
[2] A. I. Lichtenstein, M. I. Katsnelson, V. P. Antropov, and V. A. Gubanov, J. Magn. Magn. Mater. 67, 65 (1987).
[3] E. A. Stepanov, S. Brener, F. Krien, M. Harland, A. I. Lichtenstein, M. I. Katsnelson, Phys. Rev. Lett. 121, 037204 (2018).

公 募 研 究報 告59

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

遍歴反強磁性体Ba1-xKxMn2As2 の磁気輸送現象大串

研也

東北大学大学院理学研究科

工藤

真裕

青山

東北大学大学院理学研究科
M2

教授

拓也

今井

東北大学大学院理学研究科
助教

良宗

東北大学大学院理学研究科
講師

遍歴反強磁性体BaMn2As2 は、磁気四極子が強的秩序

弱強磁性相において自発磁化に平行な誘電分極が発生を示す大変興味深い物質です。結晶構造は、鉄系超伝導していることです。これは、先述した母体の電気磁気効体ファミリーで1-2-2系と呼ばれるTrCr 2 Si 2 型であり、空果のテンソル成分から導かれます。
この金属における誘間群I4/mmmに属しています。磁性はMn イオンのS =電分極が、新奇な磁気輸送現象を発現させるのではな

5/2スピンが担っており、転移温度T N = 625 Kで反強磁

いか、というのが私の興味です。

2+性秩序を示します。磁気構造はチェッカーボード型であ

私たちは、精密に組成を制御したBa 1-x K x Mn 2 As 2 の試り、一見すると単純なスピン秩序に過ぎないように思わ料を作成し、図1に示す電子相図を作成しました。
このよれますが、実は配位子場との兼ね合いにより磁気秩序

うな電子相図を作成することは、蒸気圧の高いKの存在状態で空間反転対称性が破れています。その磁気点群のため困難であり、先行研究ではなされていなかったのは4ʼ/mʼmmʼであり、これはx 2−y 2型の磁気四極子と同一です。
この電子相図から、弱強磁性相はx = 0.40付近でなものとなっています。つまり、反強磁性秩序の裏側に、最も安定となるドーム型をとることが分かります。オー奇パリティ磁気多極子秩序が隠されているのです。
このバードープ領域で弱強磁性相が消失することは興味深

磁気点群において、電気磁気効果が発現することが予く、一つの理由として背後に横たわる反強磁性秩序も消想され、誘電分極と磁場を繋ぐ関係式P i =αi j H j におい

失していることに起因している可能性があります（検証てαxxおよびαyy (=−αxx)成分が有限となることが期待さはできていません）。

れます。

次に、磁場をab面内で回すことで異方的磁気抵抗効

電気伝導性に目をやると、BaMn 2 As 2 は幅広い温度で果を調べました。図2に、低温で弱強磁性を示すx = 0.25

金属的挙動を示し、100 K 以下で絶縁的挙動にクロスの結果を示します。幅広い温度領域で異方的磁気抵抗

オーバーします。
したがって、伝導電子と磁気多極子の効果が観測されました。こうした現象は、対称性の観点

結合を調べる格好の舞台となっているのです。実際に伝からρ(θ) / ρ(0) = A0 + A2 cos2θ + A4 cos4θと記すこと

導性と磁性に絡み合いがあることが、ホールドープ系ができます。弱強磁性相に特徴的なことは、A 4 項が顕著

Ba 1-x K x Mn 2 As 2 の研究から示唆されています。この系でであることであり、異方的磁気抵抗効果が“異方的”であは、わずかなホールの注入により全温度領域で金属的ることを示しています。

な電気伝導を示し、
このとき0.19 < x < 0.40の範囲において弱強磁性が生じることが分かっています[1, 2]。反強磁性スピンはc軸を向いている一方で、弱強磁性スピンはab面内を向いています。シンプルな考えは、反強磁性
スピンがキャントして弱強磁性が発生しているというものですが、電気伝導性の良いAsの4pホールが弱強磁性を担っているという考えもあります。後者の考え方は、磁性半導体Ga 1-xMn xAsにおける強磁性発現機構に近いものです。
弱強磁性の微視的メカニズムに関する議論は収束していませんが、現象論的観点から確かに言えることは、

60

公募研究報告図1. 母物質の磁気構造とBa1-xKxMn2As2の電子相図.

異方的磁気抵抗効果は多数の強磁性体で観測されてえています。また、より大きな枠組みで奇パリティ多極子

おり、その微視的起源はスピン軌道相互作用にありま

秩序系研究の将来展望を述べるなら、非線形伝導の観す。Ba 1-x K x Mn 2 As 2 においてもスピン軌道相互作用が重測は集中的に取り組むべき課題だと考えています。
これ

要なのは間違いありませんが、もうワンステップを置くは、ベリー位相の科学として基礎的観点から重要なだけことで現象が理解しやすくなるのではないかと考えていでなく、磁気ダイオードとしての応用可能性も秘めています。つまり、この系では自発磁化の方向を面内で回転るため工学的にも重要です。

させるに従い、誘電分極も回転していると考えられます（これは電気磁気効果テンソルからの帰結です）。
これを別の言葉で言い換えれば、誘電分極により生じた僅かな
直方晶歪の主軸が回転していることになります。これに従い、有効質量や群速度も変化していきますので、固定された電流電圧端子間の電気抵抗も変わっていくと考えられます。これが、磁気抵抗効果に異方性をもたらしていると考えるのです。つまり、この系における顕著な異方的磁気抵抗効果は、背後で奇パリティ多極子が強的に秩序を示し、そこを舞台に弱強磁性が発生した系に特有の磁気輸送現象であると結論できるのです。
上記の解釈は、こじつけに近いものに感じられるかもしれませんが、一つの新しい考えとして捉えて頂ければと思います。将来的には、こうしたシナリオの検証として、誘電分極が回転していく様を視覚的に示したいと考図2. Ba1-xKxMn2As2の(x =0.25)の異方的磁気抵抗効果.

[1] A. Pandey, et al., Phys. Rev. Lett. 108, 087005 (2012).
[2] J. Bao, et al., Phys. Rev. B 85, 144523 (2012).

公 募 研 究報 告61

Ｃ０１：３ｄ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

反強磁性体における磁気キラル二色性阿部伸行

東京大学大学院新領域創成科学研究科

佐藤

樹

東京大学

木村

尚次郎

東北大学

徳永

祐介

東京大学

有馬

孝尚

東京大学

キラルな構造を持つ分子や結晶で現れる旋光や円二実現可能である。実際に単ドメイン化した後、ファラデー

色性、強磁性体や磁場中に置かれた物質で現れる磁気旋配置での磁場印加が可能な光学系を用いて磁場中での光や磁気円二色性など、対称性の破れと光学応答は密接

光吸収スペクトルを測定することで、MnTiO 3の磁気秩序に関連している。本研究では空間反転対称性と時間反転

相における磁気キラル二色性の観測に成功した[4]。空間対称性が同時に破れた物質における特殊な光学応答で反転対称性を持つ結晶構造であり、かつ反強磁性体であある磁気キラル二色性について研究を進めた。磁気キラ

るMnTiO 3 において磁気キラル二色性が現れたことは、

ル二色性は入射光の偏光によらない光学応答であり、光

Mnサイトにおけるトロイダルモーメントの強秩序の重要の入射する向き、磁化や磁場の向き、そして物質のキラリ性を示している。

ティに依存して吸収係数が変化する現象である。
これまで

本研究では秩序型コランダム構造を持つ磁性体を対象

も錯体やマルチフェロイック物質などで報告されているとして磁気キラル二色性の研究を進めたが、よく知られたが、今回我々が着目した物質は秩序型コランダム構造を

結晶構造を持つ3d電子系の物質であっても、多極子秩序持つNi2(In1-xCrx)SbO6[1-3]及びMnTiO3[4]であり、それぞあるいはキラリティを持つ物質に特有な物性の開拓が可れの物質において磁気キラル二色性を観測することに成能である。
この研究領域での成果を生かし、物質開発とと功した。今回はMnTiO3における磁気キラル二色性についもにより精度の高い測定手法の開発にも引き続き取り組て紹介する。

んでいきたい。

MnTiO3は空間群R3￣のイルメナイト型の構造を持ち、磁性イオンのMn 2+ は上下に折れ曲がったハニカム構造を形成する。磁気構造は図のようにMn2+のスピンがc軸方向を向いた反強磁性[5]となるが、磁気秩序の形成に伴って空間反転対称性も破れるため、電気磁気効果が発現する。同じような結晶構造と磁気構造を持つCr2O3は線形の
電 気 磁 気 効 果 を 示 す 典 型 物 質として有 名で あるが 、
MnTiO3はCr2O3とは異なり電気磁気テンソルの非対角項に反対称成分が存在する。
この非対角項の反対称成分の起源はMn 2+ サイトに生じるトロイダルモーメントであり[6]、
トロイダルモーメントの強秩序状態を実現しその向きを制御できれば、磁気キラル二色性の発現が期待できる。
磁性誘電体におけるトロイダルモーメントの単ドメイン
化は、電場と磁場を同時に印加することで比較的容易に

MnTiO3の反強磁性ドメイン。それぞれのドメインに対応してトロイダ

ルモーメントの向きが反転し、磁気キラル二色性が発現する。

[1] Y. Araki et al., submitted. (arXiv:1912.02363).

[4] T. Sato, N. Abe, S. Kimura, Y. Tokunaga, and T. Arima, submitted.

[2] T. Sato, Y. Araki, A. Miyake, A. Nakao, N. Abe, M. Tokunaga, S. Kimura,[5] G. Shirane, S. J. Pickart, and Y. Ishikawa, J. Phys. Soc. Jpn. 14,1352 (1959).

Y. Tokunaga, and T. Arima, Phys. Rev. B 101, 054414 (2020)[6] S. Hayami and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 033709 (2018).

[3] T. Sato et al., in preparation.

62

図

公募研究報告Ｃ０１：核磁気共鳴によるスピン軌道結合系における新奇な秩序の探索

スピン軌道結合金属Cd2Re2O7 における反転対称性を破る相転移と電子系の秩序状態
瀧川

仁

東京大学物性研究所

米良

伸義

東京大学物性研究所

武田

晃

教授

平井

東京大学物性研究所

大悟郎

東京大学物性研究所

廣井

善二

東京大学物性研究所

長谷川巧

広島大学大学院
総合科学研究科

パイロクロア酸化物で唯一の超伝導体であるCd2Re2O7

接的に観測するために、当初計画していなかった酸素サ

は、200K及び110Kにおいて2段の構造相転移を示すこと

イトのNMRを行っており、予想外の結果が得られつつあが知られていたが、近年その機構として、スピン軌道相互る。一方で申請書に書いた高圧下の実験は、残念ながらま作用の強い電子系が自発的に空間反転対称性を破り、だ手が回っておらず引き続き今後の課題である。

フェルミ面のスピン分裂を引き起こす可能性が指摘されこの他にも、5d電子系ダブル・ペロブスカイト化合物

Cd核のNMRにBa2MgReO6の酸素サイトのNMRを、本新学術に採択後によって、相転移に伴うNMR共鳴線の分裂を詳細に調べ、二開始している。
この物質はスピン軌道結合の強いモット絶

つの低温相の秩序変数の対称性を検討した。

縁体で、Re6+の1個の5d電子が作る4重縮退したJ eﬀ =3/2

［1, 2］、再び注目を集めている。我々は

111

111

Cd核はスピン1/2で四重極モーメントを持たないた→→め、共鳴周波数は外部磁場B extと内部磁場B hf の関係を表

すナイトシフト・テンソルK（Bhf =K・Bext）のみによって決ま→→の状態が多極子秩序を示す系である［3］。Reを取り囲む6個の酸素サイトのNMRスペクトルから、軌道とスピンが絡
んだRe多極子秩序を解明すべく解析が進んでいる。

る。相転移に伴って、NMR共鳴線が分裂し、低温相では共鳴周波数の複雑な磁場方位依存性が観測された。
この方
向依存性からシフトテンソルの主軸と主値を求めることが、従来の標準的な解析方法であったが、そこから電子系の秩序相の対称性を議論するのは容易でない。我々は、
シフトテンソルの9個の成分を、観測している原子核の点群対称性の既約表現の基底となるように分類する、という方法を考案した。
こうすれば、相転移に伴う共鳴線の分裂がどの既約表現に起因するかを調べることによって、低温相の秩序変数の対称性を同定する道が開ける。
このようにして、二つの低温相におけるナイトシフトの分裂が、200 Kより高温のCdサイトの点群D3dの2種類のEg
成分に起因することが分かった。さらに、スペクトルの詳
細な温度変化から、1次転移で移ると思われていた二つの低温正方晶、II相（I 4￣ m2）及びIII相（I 4122）、の間の狭い温度領域で、直方晶の中間相が存在し、2段の連続転移が存在することが判明した。
（右図参照）。
この相転移は、温度の低下とともに一度対称性が下がった後、再び高対称に戻る珍しい例である。現在は、電子系の秩序状態をより直[001]方向の磁場下（7 T ）におけるII-III相転移近傍のCd−NMRスペクトルの温度依存性。

[1] Liang Fu, Phys. Rev. Lett. 115, 026401 (2015)[2] S. Hayami et al., Phys. Rev. Lett. 122, 147602 (2019)[3] D. Hirai and Z. Hiroi, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 064712 (2019)

公 募 研 究報 告63

Ｃ０１：熱流により誘起された反強磁性マグノンスピン流における奇パリティ多極子効果の開拓

反強磁性金属EuMnBi2 における
磁気圧電効果の観測塩見雄毅

東京大学 大学院総合文化研究科

渡邉光

京都大学理学研究科
物理学専攻

増田

英俊

東北大学
金属材料研究所

高橋

英史

大阪大学
基礎工学研究科柳瀬陽一

京都大学理学研究科
物理学専攻

石渡

晋太郎

大阪大学
基礎工学研究科

我々の研究グループは、磁性を中心とした物性物理学

最近では、別の反強磁性伝導体であるCaMn2Bi2でも同およびスピントロニクスの実験研究を行っています。本新様の磁気圧電効果信号を観測し、信号が磁気転移温度で学術領域の公募研究における主要な成果として、2017年

発散的に増大することを見出しました[3]。磁気構造が対に渡邉・柳瀬によって提案された反強磁性金属における称性を破っているため転移点で信号が消えることを期待

奇パリティ多極子効果である磁気圧電効果（Magneto-

していたため、
この結果には大変驚きました。遍歴磁性体

piezoelectric eﬀect）[1]を実験的に実証しました[2,3,4]。

では磁気体積効果がスピン揺らぎによって磁気転移温度

磁気圧電効果は、金属における圧電効果であり、時間反付近で増大することが知られており、磁気圧電効果がこの転対称性と空間反転対称性が両方破れた磁性金属で発ようなスピン揺らぎの効果によって増大されている可能現します[1]。通常の圧電効果が、電場によって歪みが生じ性があります。

る現象と理解できるのに対して、磁気圧電効果は電流に

磁気圧電効果は見つかって間もない現象でまだ謎の多よって歪みが生じる現象として表現されます。通常の圧電い現象であり、新規物質の開拓や測定系の改良（当初は効果と同様、現象の発現方向は結晶の対称性によって制

77 Kまでだったが最近4 Kまで計測できるようになった[3]）

限され、我々が注目したEuMnBi 2という反強磁性金属でをすることで、より詳しく調べています。

は、対称性の考察により[1]、結晶の[001]方向への電流印
加によって、面内の[110]方向に歪みが生じることが期待されます。
我々は低温でEuMnBi2単結晶試料への[001]方向の電流印加によって生じる面内方向の歪み信号を、
レーザー
ドップラー振動計による非接触測定により調べました。代
表的な結果を図１に示します。図１(a)では、6kHzの電流の印加により電流周波数と同じ6kHzに面内方向の動的変位信号がみられているのがわかります。一方で、
この時面直c方向にはそのような動的変位信号は生じないことが
図１(b)においてわかります。
この結果は、EuMnBi2の対称性により期待される磁気圧電効果の対称性と合致します。
我々は更に、対照試料での測定や、動的変位信号の電流
強度依存性、温度依存性などを系統的に調べることで、観測された変位信号が磁気圧電効果に由来することを示しました[2,3,4]。

[1] H. Watanabe and Y. Yanase, Phys. Rev. B 96, 064432 (2017).
[2] Y. Shiomi et al., Phys. Rev. Lett. 122, 127207 (2019).
[3] Y. Shiomi et al., Phys. Rev. B 100, 054424 (2019).
[4] Y. Shiomi et al., submitted.

64

公募研究報告図１：(a)a方向と(b)c方向の測定結果(77 K)。

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

反転対称性の破れた物質のフラックス法による合成
大原繁男

名古屋工業大学大学院 工学研究科

中村翔太

名古屋工業大学

加納敏明

名古屋工業大学

犬飼順也

名古屋工業大学

矢田達也

名古屋工業大学

J-Physicsの対象となる空間反転対称の破れた物質をフは，種結晶を用いるなど，外部から結晶核を操作する方法

ラックス法を用いて探査した。強いスピン軌道相互作用のが用いられる。YbNi3Al9の育成はYbの蒸気圧の高さから物性への寄与が期待されるイリジウム（Ir）やビスマス

閉じた空間で行う必要があり，我々は真空封入アンプル内（Bi）と空間反転対称を破る目的でsp 混成軌道が期待さ

でのフラックス法を用いている。そのため，外部から結晶れるシリコン（Si）を構成元素に選んだ。この方針の元，核を操作することができず，また，通常は溶液全体を徐冷

イッテルビウム（Yb）‒遷移金属元素‒SiあるいはBi三元系

するため多数の結晶核が生成して結晶の左右性と大きさ化合物の合成を試みた。Ybは強相関電子状態を生じさせは制御できない。そこで，温度勾配を用いて溶液の底部かる目的で選んでいる。フラックス法は蒸気圧の高いYb化

ら冷却し，結晶核の生成数を減らすことを試みた。溶液の合物合成に適しており，スズなどの低融点金属をフラック

上下端に約4℃の温度差をつけることで，これまでの約3スに用いることで，Siなどの高融点の元素を溶液にできる倍となる数mm角，約200mgの結晶を再現性よく得られる利点がある。

ようになった。結晶の左右性をＸ線回折で調べると，c 面

350以上の育成条件で物質合成を行い，新物質として内では左か右だけの構造を持つが，c 軸方向には成長途￣/c）は，
YbIr3Si7とYbNi2Si3を発見した。YbIr3Si（空間群R37

中で左右が反転する場合があることもわかった。開発した

近藤温度が約20Kの物質であり，4.1K以下で反強磁性秩

温度勾配フラックス法により2mm角程度の純粋な左右性序する。結晶構造は反転中心を持つが，磁性を担うYbイ

を持つ単結晶を得られるようになり，中性子実験への試

オンはc面内に三角格子を形成しており，その原子位置で料提供を始めている。

は局所的に反転対称が破れている[1]。YbNi 2 Si（空間群3

最後に，多くの支援と励ましをいただいた新学術領域

I4/mmm）はThCr2Si2とBaNiSi3の両者に類似した結晶構研究J-Physicsに感謝する。研究成果は学生たちの手によ造を持ち，空間反転対称の破れた構造がc軸方向に反転るものであり，熱意を持って課題に挑戦してくれたことにしながら交互に積層して，結晶全体は反転中心を持つ。超感謝する。アウトリーチ活動としては，高校生対象の授業

伝導の発現を期待して2mKまで測定を行ったが，反強磁「日本語からはじめる」や高校教諭への講演「鏡の国の磁性秩序温度0.35Kの重い電子系物質とわかった[2]。

石」を実施した。論理的で簡潔な文章を書く能力の育成やこれらの他に希土類元素が歪んだハニカム構造を形成
し 希 土 類 イオン の 位 置 で 反 転 対 称 性 が 破 れ て いる対称性から物理を理解する面白さを広く伝える活動について今後も続けていきたい。

Dy4Pd9Ga24 とEr4Pd9Ga24（空間群C2/m）についても結晶合成に至り，
その磁性について報告を行った[3]。
新 物 質 探 査と並 行して，カイラル 結 晶 構 造 を 持 つYbNi3Al（空間群R32）の純粋な左右性を持つ大型結晶育9成法の開発を行った。従来，カイラル結晶の左右性制御[1] Shota Nakamura, Toshiaki Kano, Shigeo Ohara, J. Phys. Soc. Jpn., 88, 093705 (2019).
[2] S.Nakamura, K.Hyodo, Y.Matsumoto, Y.Haga, H.Sato, S.Ueda, K.Mimura, K.Saiki, K.Iso, M.Yamashita, S.Kittaka, T.Sakakibara, S.Ohara,
J. Phys. Soc. Jpn., 89, 024705 (2020).
[3] Shota Nakamura, Tatsuya Yada, Shigeo Ohara, JPS Conf. Proc. 29, 012011 (2020).

公 募 研 究報 告65

Ｃ０１：Magnetotransport in strongly correlated non-centrosymmetric f-electron materials

Magnetism in non-centrosymmetricf electron systems
Robert Peters
京都大学

講師

We continued our research in non-centrosymmetricmagnetization is suppressed again and finally vanishes.

f-electron materials, focusing on the interplay between

We here see the delicate interplay between magnetism

the Kondo effect and magnetic properties. Particularly, we

due to the RKKY interaction, the splitting of the Fermi

are looking at the impact of a Rashba-spin-orbit-likesurface due to the Rashba interaction, and the Kondo

hybridization on the magnetic phase diagram.

effect.

The magnetic phase diagram showing the antiferromagnetic

Besides the magnetic phase diagram, we have studied

polarization depending on local hybridization andthe transport properties of this system, focusing primarily

Rashba-hybridization is shown in Fig. 1. For small

on the Edelstein effect. The results for the Edelstein

Rashba coupling, we find the usual behavior as known

coefficient,from the Doniach phase diagram; The magnetic phase

Vp/V are shown in Fig. 2. While for small Vp, theexisting for small local hybridization vanishes for large

groundstate is an antiferromagnetic insulator, we find that

local hybridization because the Kondo effect becomes

the system becomes metallic for Vp>1/2 V, even in thestrong. Remarkably, we find that the Rashba hybridization

magnetic phase. The metallic state arises due to an

can increase the magnetization of the system. Particularlyinterplay between the local hybridization and the Rashba

for large local hybridizations, V/t>0.8, where theh y b r i d i z a t i o n [ 1 ] . R e m a r k a b l y, t h e m e t a l l i cmagnetization is strongly suppressed by the Kondo effect,

antiferromagnetically ordered state shows a strong

the Rashba hybridization strongly increases themagnetoelectric effect, which might have interesting

magnetization, which can even lead to a reentry transition

applications in spintronics devices.

, for different temperatures and ratios offor V/t>1.2. Only for large Rashba interaction, theFigure 1: Magnetic Phase diagram of an f-electron system with local
hybridization and Rashba hybridization.

[1] Yoshihiro Michishita and Robert Peters Phys. Rev. B 99, 155141 (2019)66

公募研究報告Figure 2: Edelstein coefficient for V/t=1.4 and different Vp.

Ｃ０１：Ｃｅジグザグ鎖構造を持つ新しい重い電子系化合物における電流誘起磁化現象の探索

Ｃｅジグザグ鎖構造を持つ
新しい重い電子系化合物における電流誘起磁化現象の探索
本山岳

島根大学自然科学研究科

藤原

准教授

賢二

島根大学自然科学研究科
教授

Ce3TiBi5は空間群P63/mcmの結晶構造を持つ。空間群見に成功した。
これらの新規化合物の電流誘起磁化測定の表記からも明らかなようにa軸方向にミラーのc軸グラは進んでいないが、今後、系統的な研究に進展することをイドが存在する。
また空間群の対称性のダイアグラムを見期待している。

ると明示されているが、この系は反転対称中心を持つ。幸

MPMSを利用した電流誘起磁化測定には、測定温度な運にもCeはこの結晶構造の特徴を生かすことのできる１

ど様々な制限があるためホール素子等を利用した測定手つのサイトを占有し、最近接のCeを結ぶことでCeジグザ法の開発に取り組んだが、その進展は良好ではない。今

グ鎖を形成する。反転対称中心はそのCe-Ce間の中点に後も引き続き開発を続け測定環境の拡張による電流誘起

存在し、Ceサイトにはない。
この特徴的な結晶構造を持つ

磁化現象の研究に貢献したい。

Ce 3 TiBi 5 の発見が、電流誘起磁化測定への挑戦のきっか

最後に、様々な研究活動を含めこのような研究機会をけである。

与えて下さった領域の皆様に感謝します。研究成果のみ「Ceジグザグ鎖構造を持つ新しい重い電子系化合物にならず教育効果など様々な面で大きな成果を感じること

おける電流誘起磁化現象の探索」と言う研究課題を遂行ができました。

するにあたって、我々は3つの目標を立てた。①Ce3TiBi5において電流誘起磁化現象の観測。②同型の結晶構造を持
つ化合物の探索。③ホール素子等を利用した電流誘起磁化現象測定方法の開発。の3つである。
これら3つの課題についての成果を報告する。
我々はMPMSの測定プローブを改良し、電流印加下で磁化測定を実行した。Fig.1に示されるようにCe3TiBi5の反強磁性転移温度5 Kより高温では電流印加に影響を受けることなくCe3TiBi5の磁場によって誘起される通常の磁化と一致したが、転移温度以下では磁化に変化が現れた。
この変化は電流に比例して変化し、磁場には全く影響を受けないことが明らかになった。
さらに、La3TiBi5において同様の実験を行い、我々が観測した電流誘起磁化がLa3TiBi5

Fig. 1 (a)磁場・電流印加下におけるCe3TiBi5の磁化の温度依存性 (b)電流誘起磁化の温度依存性 (c) 3 Kにおける電流誘起磁化の電流依存性には見られずCe3TiBi5の特徴であることも明らかにした。
これらの結果からCe3TiBi5における電流誘起磁化の観測に成功したと結論付けた[1, 2]。
Ce3TiBi5と同型の結晶構造を持つ化合物の探索において、希土類化合物の置換やTiをZrに置換した化合物の発[1] Masahiro Shinozaki, Gaku Motoyama, Masahiro Tsubouchi, Masumi Sezaki, Jun Gouchi, Shijo Nishigori, Tetsuya Mutou, Akira Yamaguchi, Kenji Fujiwara,
Kiyotaka Miyoshi, and Yoshiya Uwatoko, J. Phys. Soc. Jpn. 89, 033703 (2020).
[2] M. Shinozaki, G. Motoyama, T. Mutou, S. Nishigori, A. Yamaguchi, K. Fujiwara, K. Miyoshi, and A. Sumiyama, JPS Conf. Proc. in press.

公 募 研 究報 告67

Ｃ０１：希土類キラル磁性体の圧力によって誘起された量子臨界現象とキラルソリトン格子相

12 GPaまでの比熱とホール抵抗測定から視た4 f 電子系キラル化合物 YbNi 3 Ga 9 の特異な磁気相図梅尾和則

広島大学 自然科学研究支援開発センター

新井雄大

広島大学 大学院 先端物質科学
研究科 博士課程前期２年

太田善彦

広島大学 大学院 先端物質科学
研究科 博士課程後期１年

大原

准教授

繁男

名古屋工業大学 大学院
工学研究科 教授中村翔太

名古屋工業大学 大学院
工学研究科 助教

本 研 究 で 対 象とした 表 題 化 合 物と同 型 の 三 方 晶
ErNi3Al9型(空間群R32)構造であるYbNi3Al9は, 3.4 K以下でキラルらせん構造を示す[1, 2]。さらに, 磁場Bをらせん軸であるc軸に垂直に印加すると, らせんが周期的に解けたキラルソリトン格子(CSL)が形成される[2, 3]。一方, 常圧では価数揺動状態にあるYbNi3Ga9は, 臨界圧力9 GPa以
上で磁気秩序を示す[4]。
さらに, 我々は11 GPa以上でB⊥c
で磁場誘起磁気秩序相 (Ⅱ相) が出現することを見出した(図1) [5]。
Ⅰ相とⅡ相の磁性を調べるため, 本研究では, B⊥c
での磁気抵抗R(B)とホール抵抗ρH(B)を圧力下で測定した。
図2に2 Kでの11.8 GPaのYbNi3Ga9と，CSLを形成する常図 1. YbNi3Ga9の11 GPa以上でのB || c (a)とB⊥c (b) [5]の磁場-温度相図(PMは常磁性相)。

圧でのYb(Ni 0.94 Cu 0.06 ) 3 Al 9 のρ H (B)を示す。YbNi 3 Ga 9 のρH(B)は相境界磁場BM 付近で傾きを変える。
ここで，ρH(B)
がBと磁化Mそれぞれに比例する正常および異常ホール
抵抗の和，ρH(B) = R0B + RsM(B) で表されると仮定し，Mの磁場変化がB > B Mで小さいとしてR 0Bを見積もった。
図2の青色で示すように，そのR 0 Bを差し引いて求めた
11.8 GPaでのYbNi3Ga9のRsM(B)は，Yb(Ni0.94Cu0.06)3Al9と同様にBM 付近で急増した。
また，同じ圧力でのYbNi3Ga9のR(B)もYb(Ni0.94Cu0.06)3Al9で見られたようなピークをBM近傍にもつ。
これらの類似性は，YbNi3Ga9のⅠ相とⅡ相でのCSL形成を示唆する。

図 2. (a) 11.8 GPaにおけるYbNi3Ga9の2 Kでのホール抵抗率ρHと(b)常圧でのYb(Ni0.94Cu0.06)3Al9のρH。内挿図は2 Kの磁化Mの磁場依存性(B⊥c) [3]。

[1] T. Yamashita et al., JPSJ 81, 034750 (2012).

[4] K. Matsubayashi et al., PRL 114, 086401 (2015).

[2] T. Matsumura et al., JPSJ 86, 124720 (2017).

[5] K. Umeo, et al., PRB 98, 024420 (2018).

[3] S. Ohara et al., JPS Conf. Proc. 3, 017016 (2014).

68

公募研究報告Ｄ０１：Hybrid f-/p-electron molecular materials

New hybrid f-/p-electron mixed
valence molecular materials
Professor Kosmas Prassides
Department of Materials Science, Graduate School of Engineering, Osaka Prefecture University

Naoya Yoshikane

Keisuke Matsui

Osaka Prefecture University

Osaka Prefecture University

In this project, we focused on research in emergent

in color, implying an insulator-to-metal transition [2]. We

electronic phenomena in the family of hybrid

made significant advances within J-Physics andf-/p-electron molecular materials derived from rareestablished robust routes to isolate the ternary metal

earth fullerides, RE2.75C60 in which the presence of thefullerides, (Sm 1 - x Ca x ) 2 . 7 5 C 6 0 (0 ≤ x ≤ 1) − here theelectronically-active C60 anions is combined with mixed

valence change is quasi-continuously controlled

configuration rare earths leading to properties

chemically by the co-intercalation of the valence-

intrinsically unattainable in other systems. Strong

precise Ca2+ ion. A new family of intermediate valencecorrelations dominate the electronic properties of bothfullerides has emerged with tunable onset of thethe rare-earth cation and the C 60 anion sublattices.

valence transition temperature, which goes to zero in

To-date the project has unambiguously authenticatedCa2.75C60.

by both synchrotron X-ray diffraction and spectroscopic
techniques at ambient and elevated pressures theoccurrence of valence transitions with novel
characteristics arising from the simultaneous presenceof the electronically-active C60 sublattice. Moreover, it
has also led to a family of mixed valence materials
with chemically (and potentially physically)
quasi-continuously tunable valence transitions opening
up the possibility of unveiling a new type of quantum
criticality caused by critical valence fluctuations.
One of our early discoveries in this field was thatSm 2 . 7 5 C 6 0 (Fig. 1) exhibits a temperature-induced
valence transition on cooling to 32 K at ambientpressure from a Sm valence of +2.3 towards +2 that isFigure 1. (a) Building block and (b) unit cell of the orthorhombic
superstructure of (Sm 1-xCax)2.75C60 (0 ≤ x ≤ 1) that can be obtained bydoubling the subcell along all three lattice directions. Distorted
octahedral and tetrahedral samarium/calcium cations are depicted as
yellow and red spheres, respectively, while the tetrahedral defects areshown as green spheres.

accompanied by a giant negative thermal expansion(NTE) at a rate of – 400 ppm/K [1]. This effect was

At the same time, we added one missing piece of theunprecedented in molecular systems and was

puzzle by going beyond diffraction characterization

reminiscent of the valence transitions encountered intechniques and authenticating the rare-earth valenceintermediate valence Kondo insulators like SmS, whichchanges directly at both ambient (Fig. 2) and elevatedundergoes a pressure-induced abrupt catastrophic

pressures (Fig. 3) using element-specific spectroscopictransitions from a semiconducting black to atechniques. What is remarkable here is that, while themetallic gold phase. Indeed, Sm 2.75 C 60 also shows a

response to pressure seems conventional and inpressure-induced valence transition at 4 GPa,analogy with that of atom-based Kondo insulators likeaccompanied by a huge lattice collapse and a change

SmS – sharp increase in the rare earth valence with

公 募 研 究報 告69Figure 2. Total fluorescence yield X-ray absorption spectrum (TFY-XAS)

Figure 3. Evolution of the Sm valency with pressure upon pressurizationof Sm 2.75 C 60 and partial fluorescence yield X-ray absorption spectra(solid circles) and depressurization (open circles) for the (Sm1-xCax)2.75C60(PFY-XAS) of (Sm1-xCax)2.75C60 (x = ⅓, ½, ⅔) showing the continuous(x = 0, ⅓, ⅔) compositions.

change of the Sm valence from 2.07 to 2.31 with increasing Ca content,x.

pressure, the temperature response is non-monotonic:

hysteretic loop of the valence transition strongly

on cooling, there is first a continuous increase independ on the Ca content (Fig. 3).

valence, followed by a sharp collapse at low
temperatures, indicative of the non-innocent electronic
nature of the C60 sublattice which can accept electrons
from or donate electrons to the rare-earth 4f/5d bands
leading to a more complex electronic behavior. Finally,
the pressure-induced valence transition of the Sm ionsoccurs in the whole series of compositions, while thecritical pressure, the total valence change and the[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)

70

公募研究報告Ｄ０１：遍歴反強磁性物質BaMn2Pn2 における電気磁気効果

遍歴反強磁性物質BaMn2Pn2 における
電気磁気効果谷垣勝己

東北大学材料科学高等研究機構 ／ 東北大学理学研究科物理

Khuong Kim Huynh

松下 ステファン 悠

小笠原東北大学材料科学高等研究機構

東北大学理学研究科物理東北大学理学研究科物理

田原

木田

萩原

大夢

大阪大学大学院理学研究科付属
先端強磁場科学研究センター孝則

大阪大学大学院理学研究科付属
先端強磁場科学研究センター

琢磨政幸

大阪大学大学院理学研究科付属
先端強磁場科学研究センター

物質の伝導と磁性を、広義の立場では多極子という概を示す物質である。本研究は、BMAsが正負両極性の新規

念で統一的に理解する研究の統一が、新学術研究領域

な巨大磁気抵抗(MR)効果を示す実験事実を見出した[2]。

J-Physicsである。磁気と電流という二つの物理量は、一般重要な知見は、観測されるMRは、BaMn 2Pn2 (Pn: As, Sb,にスピン軌道相互作用（ς SO）を介して結びつけられ、物理Bi)物質群において、共通の物性として観測され、ニクトゲ

量として通常は電場の応答である電流と磁場の応答であ

ン元素（Pn: As, Sb, Bi）の置換に対して系統的に変化する

る磁気が交差して結びつく効果は、電気磁気(ME)効果とし事である。本研究では、
この興味あるMRに対して種々の物て知られている。
このような静的ME（static ME）現象に対性測定をもとに詳細に議論した。本研究で得られた重要

して、電子が局在極限から遍歴極限に移行する際に観測な帰結は、(1) 負符号のGMR（N-GMR）は、磁場を付与する

される動的ME効果(Kinetic MEあるいはDynamic ME)に事により低温の絶縁体相から高温の金属相に戻るリエン

関しては、十分に理解されていない。電気磁気効果が顕在

トラントな絶縁体-金属転移現象である。(2) 新しく観測さ化するためには、物質の空間反転対称性の破れなどの対

れたN-GMRは、Pn元素のスピン軌道相互作用（ς SO）が大

称性が重要である事はしばしば議論される。本研究では、きくなる順にスケールされる。(3) 観測されるMRの異方性

空間反転対称性（Space Inversion Symmetry： SI）と時間

は従来のMRでは見られない特殊な対称性である、事であ

反転対称性（Time Reversal Symmetry: TR）が同時に破れる。観測されたMRは、PT対称性のために顕在化する波動ている（空間パリティ-時間対称性PT= SIxTRが保存されての干渉による電子局在が、磁場を付与する事による時間

いる）遍歴反強磁性物質であるBaMn2Pn2 (Pn: As, Sb, Bi)

反転対称性の破れのためにその局在性が弱くなり、波動に対して系統的な物性研究を遂行した。

関数の遍歴性が復活したリエントラント金属状態が生じ

本物質系の基本物質であるBaMn2As2 (BMAs)は、温度たものであると理解される。遍歴反強磁性体BaMn 2 Pn 2

T N=625 Kにおいて電子相関により反強磁性転移を示す(Pn：As, Sb, Bi)に関する研究は、PT対称性を有する遍歴反が、電気伝導に関しては反強磁性相転移（T N ）の後も、強磁性体に関する新しい物性研究としての発展が期待さ

T<T Nで遍歴的な電気伝導を示す。温度を下げていくと、れる。

電気抵抗はTmin＝100 K付近で極小を示し、高抵抗の絶縁体へと変化する。
しかし、
この金属-絶縁体転移(MI転移)近傍では、比熱や磁気量に異常は観測されない特殊な現象(J-Physicsにおける報告論文)[1] Yuki Matsuda, Physical Review B 98 (16), 165410 (2018).
[2] Khuong Kim Huynh et al., Phys. Rev. B 99 (19), 195111 (2019).
[3] Yu Stephane Matsushita et al., Phys. Rev. B 99 (19) (2019).
[4] Kakeru Ichimura et al., Appl. Phys. Lett. 115 (5) (2019).
[5] Hiroshi Idzuchi et al., Appl. Phys. Lett. 115 (23) (2019).
[6] Seung-Ho Baek et al., NPJ Quantum Materials, doi.org/10.1038/s41535-020-0211-y (2020).

公 募 研 究報 告71

Ｄ０１：空間反転対称性を「破る」5d電子系の新物質開拓

空間反転対称性が破れた立方晶の結晶構造をもつPt化合物における新超伝導体探索岡本佳比古

名古屋大学 大学院工学研究科

山川

洋一

准教授

山影

相

名古屋大学 理学研究科
助教

名古屋大学 理学研究科
助教

今回の公募研究では、5d 電子系を中心に、空間反転対

いた磁化測定により低温で大きな反磁性が観測され、バ称性を特徴的な形で「破る」新物質を開拓することにより、

ルク超伝導であることが確かめられました。

興味深い電子物性・電子現象の発見を目指しました。本記

電子状態計算により、PtSbSがネスティングの強いホー

事では、得られた成果のうち、空間反転対称性が破れた立

ルポケットを含む特徴的な形状のフェルミ面をもつこと、方晶の結晶構造をもつPt化合物における新超伝導体探BaPtPにおいて空間反転対称性が破れていることによる索について報告いたします。

バンド分裂がかなり大きいことが明らかになりました。
こ

白金を含む超伝導体は、強いスピン軌道結合と5d 軌道のような特徴が、空間反転対称性が破れた立方晶の結晶の軌道自由度の効果により、様々なタイプの非従来型超構造をとることと絡んで、超伝導を含む電子物性において伝導が実現しうる舞台として近年よく研究されています。

どのように表れているのかを解明することが、今後の研究

特に、Li2Pt3BやYPtBiといった超伝導体が注目されてきまにおいて期待されます。そのためには単結晶を用いた物

したが、これらはともに空間反転対称性をもたない立方性測定が必要不可欠と考えられるため、現在、PtSbSと晶の結晶構造をとります。空間反転対称性が破れた系で

BaPtPの単結晶試料の合成に取り組んでいます。

働く強いスピン軌道結合と、高い対称性に起因する多軌本研究は、水谷亮介、永曽颯、東原直也、竹中康司、

道性が非従来型超伝導の実現に重要な役割を果たして

高津浩、陰山洋、河野洋平、橘高俊一郎、榊原俊郎各氏といると期待されます。

の共同研究です。
この場を借りて感謝いたします。

本研究では、PtSbSとBaPtPが、空間反転対称性が破れた立方晶の結晶構造をもつ新しいPt化合物超伝導体であることを見出しました[1,2]。PtSbSは立方晶P213の空間群をもつウルマナイト型の結晶構造をとります。PtSbSをはじめとする10族の遷移金属元素を含むウルマナイト型化合物は金属的な電子物性を示すと報告されましたが、これまでバルク超伝導体であることが確かめられた物質はありません。一方、BaPtPはPtSbSと同じく立方晶のP213の空間群をもち、逆ウルマナイト型と呼べるような結晶構造をとります。
これまでに電子物性に関する先行研究はありません。我々は、固相反応法により、ほぼ単相のPtSbSとBaPtP多結晶試料を合成しました。得られた多結晶試料を用いて行われた低温の電気抵抗率測定により、PtSbSがTc= 0.15 Kの、BaPtPがTc = 0.20 Kの超伝導体であることがわかりました。
このうちPtSbSについては、希釈冷凍機を用[1] R. Mizutani, Y. Okamoto, H. Nagaso, Y. Yamakawa, H. Takatsu, H. Kageyama, S. Kittaka, Y. Kono, T. Sakakibara, and K. Takenaka, J. Phys. Soc. Jpn. 88,
093709 (2019).
[2] Y. Okamoto, R. Mizutani, Y. Yamakawa, H. Takatsu, H. Kageyama, and K. Takenaka, JPS Conf. Proc., in press.

72

公募研究報告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

節子

阪大院理

中島

正道

阪大院理

准教授

田中

清尚

分子研UVSOR

熊井玲児

KEK物構研

本公募研究では「電子相関」を内包している遷移金属dれており、Pdの価数のゆらぎと超伝導との関連性が注目

電子系を対象に、新学術領域J-Physicsで注目してきたされています。本研究では、Pd1-xMʼxSe2 (Mʼ=Ni、Rh) の固「スピン軌道相互作用」に由来する特異な電子相の制御

溶系の作成により、物理圧力を使用せず、Ni、Rhの元素置と、それに伴い生じる新規物性の開拓を目指して研究を換効果により層状PdSe2構造から3次元pyrite構造への構行ってきました。研究対象である第10族の遷移金属二硫

造相転移を誘起することを試みました。層状構造を取る

化物MX2は大きく3つの結晶構造を取り、同時にそれと不PdSe 2とpyrite構造のNiSe 2 やRhSe 2 の固溶系では、約可分な電子状態を示します。
よく知られている2次元CdI 2

5GPaでの高圧合成法を用いることで、広い組成範囲

構造を取るMTe 2（M=Ni、Pd、Pt）は、近年、type-II ディ(x>0.3)でpyrite構造を安定化することに成功しました。
こ

ラックフェルミオン系として注目を集めています。私たちのpyrite構造相(x>0.3)においては、母物質(PdSe 2 )の半は、NiTe2への過剰Niの導入、NiサイトへのPd元素置換を導体から、金属への電子状態変化が生じていることを輸行うことで、NiTe2ではフェルミレベルより約100 meV上に

送 現 象 の 測 定 から 明ら か にしまし た 。このことは 、

存在しているディラック点を、フェルミレベルよりも低い

PdSe 2-pyrite構造相転移と同時に半導体-金属転移が生エネルギー準位へと制御可能であることを、角度分解光

じることを示しています。また、Rh置換系では、
この相境

電子分光（ARPES）測定を行い、明らかにしました。
この過界から離れた組成x=0.8近傍で、約4 Kの臨界温度を持つ

剰なNiは陽イオンとして母体となるNiTe 2の層間に入り、超伝導が出現することが判明しました。
この超伝導の起

NiTe 2本体に電子を供給する役割を果たします。一方、Ni源に関しては不明な点も多いのですが、pyrite相におけ

サイトに置換されたPdは、周期律表上でNiの下に位置しるSe 2ダイマーの不安定性に伴うPd/Rhの価数ゆらぎにており、Niよりも電子を過剰に内包しているため、こちら

より超伝導が出現している可能性があると予想していまも母物質のNiTe 2に電子を供給することになります。そのす。

ため、両者ともに、NiTe2本体のフェルミレベルを上げ、相対的にディラック点のエネルギー準位がフェルミレベル
よりも低くなり、ARPESによるディラック点の観測が可能になったと考えられます。
もう一つの主要な研究としては、PdSe 2 の元素置換系
における新規な超伝導の探索を行いました。PdSe 2 は物理的な圧力効果により、層状PdSe 2構造から3次元pyrite
構造への構造相転移を生じます。同時に、半導体-金属転移が生じ、その相転移近傍の金属相（pyrite相）において、臨界温度が約13 Kの超伝導が観測されています。[1] この
超伝導はSe 2 のダイマーの不安定性を伴うことが予想さ[1] M. A. ElGhazali et al., Phys. Rev. B 96, 060509(R) (2017).

公 募 研 究報 告73

Ｄ０１：幾何学的フラストレート系イリジウム酸化物における新奇物性の研究

幾何学的フラストレート系イリジウム酸化物
Ca5Ir3O12 のフォノン分散の研究
松平和之

九州工業大学大学院工学研究院

筒井

智嗣

JASRI

中村

和磨

九州工業大学大学院
工学研究院

教授

長谷川

巧

広島大学大学院
総合科学研究科

花手洋樹

九州工業大学大学院
工学府博士前期課程

本稿では非弾性X線散乱によるCa5 Ir 3 O 12 のフォノン分安定性を示唆するソフトフォノンは見られなかった。
これ

散の研究結果について紹介する。Ca5Ir3O12の結晶構造は

らの計算結果は少なくともブリリュアンゾーンにおけるA,

空間反転対称性のない六方晶（P-62m，No.189）であり，

MおよびK点では構造不安定性は無いことを示している。

c軸方向にIrO6が辺共有した1次元鎖をなし，c面内でIrの現在，105Kの相転移でフォノン分散がどのように変化す部分格子が三角格子を形成している[1]。電気伝導性は半るのかについて，研究が進行中である。

導体的であり，7.8 Kで反強磁性秩序を示す[1,2]。また，

本研究は上記の共同研究者および吉本芳英 氏（東大105 Kで非磁性の二次相転移を示すが，粉末X線および中院理）と松平研究室大学院生（羽根田 翔 [現 旭化成]，

性子回折実験では回折パターンに変化が観測されず[1]，岸上 尚弘）によって得られた成果です。

15年以上未解明のままである。最近，我々が行なった単結晶のラマン散乱から，105 Kの相転移に伴うスペクトルの変化が確認され，105 Kの相転移が構造相転移であることが明らかになった[3]。
この相転移によるフォノン分散の変化を，現在，非弾性X線散乱(IXS)により調べている。
室温での測定結果を図１(a)に示す。
スペクトルのフィッティングによりピーク位置（図1(b)）が得られた。第一原理計算によるフォノン分散をスピン軌道相互作用を考慮したLDAおよびGGAで行なった。計算は，1×1×3のスーパーセルで行なった。その結果，10~20 meV付近の光学モードはIr，30~40 meV付近の光学モードはCaが主に関係したモードであることが判った。実験で得られたフォノ
ン分散はSO-GGAの計算結果とよく一致する。また，デバ
イ温度，比熱や音速も評価され，実験結果はSO-GGAとよく一致する。
LDAは実験値よりも格子が小さくなる傾向があり，GGA
はLDAよりも格子が大きくなる傾向が知られている。そのため今回の結果でもGGAの方が実験値と近い値が得ら
れている。
また，
スピン軌道相互作用は今回の計算では格子を僅かに大きくする効果を持つ。構造相転移の観点か
ら2×2×1のスーパーセルでも計算を行なったが，構造不図１(a) IXSスペクトル (b)IXSスペクトルのピーク位置とSO-GGAによる計算結果の比較 [4][1] M. Wakeshima, N. Taira, Y. Hinatsu, Y. Ishii, Solid State Commun. 125, 311 (2003).
[2] I. Franke, P. J. Baker, S. J. Blundell, T. Lancaster, W. Hayes, F. L. Pratt, G. Cao, Phys. Rev. B 83, 094416 (2011).
[3] T. Hasegawa, W. Yoshida, K. Nakamura, N. Ogita, K. Matsuhira, accepted in J. Phys. Soc. Jpn.
[4] H. Hanate, T. Hasegawa, S. Tsutsui, K. Nakamura, Y. Yoshimoto, N. Kishigami, S. Hanna, K. Matsuhira, accepted in J. Phys. Soc. Jpn.

74

公募研究報告今号の研究解説

磁気量子臨界点近傍の比熱、熱膨張係数、
グリュナイゼンパラメーター
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

遍歴電子系における磁気量子臨界現象は、スピン
ゆらぎのSCR理論に基づ いてよく理解されてきた准教授の停留値条件を取り入れた比熱[7]および熱膨張係数[8]の計算を行った。

[1,2]。磁気相転移にともない物質の体積が変化する現本研究では、元々のSCR理論の枠組みにおいて、零象を磁気体積効果とよぶ。
スピンゆらぎによる磁気体

点スピンゆらぎ、およびSCRの停留値条件を正しく考

積効果の研究は、Moriya-Usamiの理論[3]が先駆的研慮して、比熱、熱膨張係数、およびグリュナイゼンパラ

究として知られている。
しかしながら、Moriya-Usami理

メーターの定式化を行い、空間次元３次元系および論の熱膨張係数 α と、SCR理論[1]の比熱を温度で積分２次元系における、強磁性および反強磁性量子臨界

して得られたエントロピーSから導出した熱膨張係数

点での完全な表式を導出したので、その結果を紹介が一致しないことが指摘されていた[4]。

する[9,10]。

一方、繰り込み群の理論により、磁気量子臨界点
近傍の熱膨張係数αとグリュナイゼンパラメーターΓ

比熱はスピンゆらぎのエントロピーを温度T で微分することにより、(1)の臨界性が報告されており、
Γ は量子臨界点で発散することが指摘されている[5]。

と表される[7,9,10]。C aとC bはそれぞれ

一般に、系の状態が単一のエネルギースケールT *で記述される場合、グリュナイゼンパラメーターはVを体

(2)

積として

で与えられる。Nは磁性を示す原子の数、dは空間と表される[注１]。T *が体積依存性をもつ場合、T* が次元、x は無次元化された波数、x c はそのカットオ

ゼロになれば Γ が発散することが示唆されるが、SCR

フ で 、ψ ' はトリガ ン マ 関 数 で あ る 。ここで 、u は理論[1]によれば、スピンゆらぎの特徴的温度T 0 は量と定義され、zは動的臨界指数

子臨界点でも一般に有限であり、ゼロにならないこと

で、反強磁性の場合z =2、強磁性の場合z =3の値をが知られている。

もつ。y は無次元化された逆磁化率

また、元々のSCR理論[1]では比熱を計算する際、零で、量子臨界点で磁化率は発散する

ので、

点スピンゆらぎの寄与が無視され、SCRの停留値条件

y =0となる。
また t はスピンゆらぎの特徴的温度T 0でが正しく考慮されていなかった[6,7]が、熱膨張係数おスケールされた温度

よびグリュナイゼンパラメーターを正しく計算するためには、これらを正確に取り入れる必要がある。
Takahashiは、全スピン振幅の保存則を導入したス~である。
また、C bは

ピンゆらぎの理論を展開し、零点スピンゆらぎとSCR

今 号の研 究 成 果

75

熱膨張係数はエントロピーを圧力Pで微分すること
により、
(3)

である。
(2)式の右辺の因子はyについてのSCRと求められる[9,10]。αa とαbはそれぞれ方程式を体積一定のもとで温度微分することにより具体的に計算できる[9,10]。３次元および２次元系の強磁性および反強磁性量子臨界点において、y についてのSCR方程式を解いて(4)の温度依存性を求め、(1)式により比熱の温度依存性が計算された[9,10]。

で与えられる。
これは従来議論されてきた自由エネル

低温におけ
その結果、
降温につれてC aが支配的になり、ギーから導出されたαの表式[7]よりも簡潔であり、るの温度依存性は過去に報告されている

SCR理論の枠組みにおいて互いに等価であることがSCR理論[2]とスピンゆらぎの理論[7]、および繰り込み証明された[10]。
これにより上述したSCR理論における群[5,11]の結果を再現することが確認された。

比熱と熱膨張係数の間の不一致の問題が解決した。

図1：３次元系の(a)強磁性、(b)反強磁性、２次元系の(c)強磁性、(d)反強磁性の各量子臨界点における熱膨張係数の温度依存性 [10]。

76

今 号の研 究 成 果ここで重要な点は、温度依存性をもつ因子のキュリー・ワイス領域にかけて、(4)式の因子が温度が(4)式の右辺に現れるという結果であり、過去の繰り依存性に寄与することがわかった。

込み群の研究[5]では見落とされていた。
しかしながら

グリュナイゼンパラメーターは以下に示すようにこの因子が熱膨張係数とグリュナイ(5)

ゼンパラメーターに重要な寄与をすることがわかった。
(3)式に基づいて計算された、３次元および２次元系の強磁性および反強磁性量子臨界点における熱膨と定義される。κT は等温圧縮率である。
これに(1)式と(3)式を代入することにより、張係数の温度依存性を図1(a)-(d)に示す。降温につれ(6)てαbが支配的になり、Caが支配的になる比熱とは対照的である。
d +z > 4 の場合[すなわち、
図1(a), (b), (c)のと表される。
ここで、Γi (i = a, b)は各場合]には、低温の量子臨界領域 ( t <10-4)では因子
は温度によらない定数とみなされるので、と評価できる。
その臨界性は表１のようになり、繰り込み群の結果[5]と一致する。
しかしな
がら、d +z = 4 の場合[すなわち、図1(d)の場合]には、である[9,10]。
また、SCR理論のエントロピー一定のもとで、断熱過程におけるグリュナイゼンパラメーターはの温度依存性が量子臨界性にも寄与する(7)ので、表１のように繰り込み群の結果[5]と異なる臨界性を与えることがわかった。
これまで２次元系の磁気となることが直接示される[10]。
この結果は、グリュナ

量子臨界点で熱膨張係数が発散することが繰り込み

イゼンパラメーターがスピンゆらぎの特徴的温度T 0群の理論[5]により提唱されていたが、今回、２次元反の体積微分と逆磁化率yの体積微分の和で表されるこ

強磁性の場合は発散しないことが示された[9,10]。
まとを意味している。(7)式の第一項が(6)式のΓaに、第二た、図１(a)-(d)の各場合とも、中間温度領域から高温項がΓbにそれぞれ対応している。
典型的な重い電子系の場合について(5)式により計算された、３次元および２次元系の強磁性および反強磁性量子臨界点におけるグリュナイゼンパラメーターの温度依存性を図2(a)-(d)に示す。Γaは重い電子系では典型的にはO (10)程度増大した値をもち、弱い温度依存性しか示さないが、
Γbは降温につれて絶対値が増

表１：３次元および２次元系の強磁性および反強磁性の量子臨界点における熱膨張係数αとグリュナイゼンパラメーターΓの量子臨界性 [9,10]。

大し、各クラスとも絶対零度で発散する。
これにより、
これまで繰り込み群で提唱されていたΓの発散の起源

今 号の研 究 成 果77

図2：３次元系の(a)強磁性、(b)反強磁性、２次元系の(c)強磁性、(d)反強磁性の各量子臨界点におけるグリュナイゼンパラメーターの温度依存性[10]。

が、(6)式のΓb項に由来することが示され、スピンゆら表式がSCR理論に基づいて(3)式と(6)式のように導出

ぎの観点からその物理的描像が明らかとなった。

されたことにより、低温の量子臨界領域から高温の

図2(a)-(d)の各場合とも、Γbの中のαbの温度に依が中間温度領域から高温のがはじめて明らかとなった。今後様々な物質での実験

キュリー・ワイス領域まで温度依存性に寄与しており、との比較を行う際に有用と考えられる。注意すべき点

d +z =4 の場合[すなわち、図2(d)の場合]には、低温のとして、表１の量子臨界性は十分低温で現れる点であ

量子臨界性にまで影響することがわかった。
このため、る。文献[10]で示されているように、典型的にはt <10-4低温の量子臨界領域 (t <10-4) における Γ の温度依存の低温で表１の温度依存性が現れる。そのため実験性はd +z > 4 の場合には繰り込み群の理論の結果[5]との比較の際には、今回明らかになった(4)式の因子と一致するがd +z =4 の場合[すなわち２次元反強磁のα, Γに対する温度依存性への寄与が存する因子

性の場合]にはそれとは異なることがわかった[9,10]。
今回、熱膨張係数とグリュナイゼンパラメーターの78

キュリー・ワイス領域にかけての全領域で温度依存性

今 号の研 究 成 果

重要となる。
また、熱膨張係数およびグリュナイゼンパラメー

ターは磁気量子臨界点およびその近傍で一般に符号変化を示すことが知られている[1,5,7]。Ce系およびYb
系重い電子系の温度‐圧力相図における符号変化を含めた α と Γ の一般的性質とこれまでの実験との対応、それに重い電子系における特徴的温度である近藤温度 T K とスピンゆらぎの特徴的温度 T 0 の微視的な関係など、詳しくは文献[10]をご覧いただければ幸いである。
本稿の内容は、三宅和正氏との共同研究の成果に基づいている。

[注１] たとえば通常金属におけるフェルミ温度T * = TFや、フォノンが支配的な格子系におけるデバイ温度 T *=T Dなどが典型例としてあげられる。

[1] T. Moriya, Spin Fluctuations in Itinerant Electron Magnetism (Springer, Berlin, 1985).
[2] 守谷亨 『磁性物理学』 (朝倉書店, 2006年).
[3] T. Moriya and K. Usami, Solid State Commun. 34, 95 (1980).
[4] S. Kambe, J. Flouquet, P. Lejay, P. Haen, and A. de Visser, J. Phys.: Condens. Matter 9, 4917 (1997).
[5] L. Zhu, M. Garst, A. Rosch, and Q. Si, Phys. Rev. Lett. 91, 066404 (2003).
[6] A. Ishigaki and T. Moriya, J. Phys. Soc. Jpn. 68, 3673 (1999).
[7] Y. Takahashi, J. Phys.: Condens. Matter 11, 6439 (1999).
[8] Y. Takahashi and H. Nakano, J. Phys.: Condens. Matter 18, 521 (2006).
[9] S. Watanabe and K. Miyake, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 034712 (2018).
[10] S. Watanabe and K. Miyake, Phys. Rev. B 99, 035108 (2019).
[11] U. Zülicke and A. J. Millis, Phys. Rev. B 51, 8996 (1995).

本記事は前号に掲載予定でした。編集過程の手違いにより本号での掲載になりましたことをお詫びします。
（編集委員会）

今 号の研 究 成 果

79

研究会等報告

J-Physics ものづくり学校第４回「対称性・群論トレーニングコース
in 高野山」報告
本山

岳

島根大学大学院自然科学研究科准教授

１．はじめに

２．講義のようす

2019年8月5日から9日までの5日間にわたり、ネス

講義は板書とスライドを併用して日本語で進めら

ポロ・マッシモ先生（フランス・ロレーヌ大学、理工学

れ、事前に配布されていたレジュメがたいへんに役

部特別教授）による「対称性・群論トレーニングコース

立ちました。冒頭にマッシモ先生が「（Hの発音が難し

in 高野山」が行われました。理論・実験系によらないいので）並進（Heishin）と映心（Eishin）が出てくる後学生23名と教員10名の参加があり、多くの先生が対半は地獄でーす！」と参加者を和ませて講義がはじま

称性や群論を重要と考えて学生を送り出していることりました。最初の１、２時間で出てきた集合論や対称を感じました。会場は2016年にもJ-Physicsの若手夏

操作と群論の用語だけで私の容量は簡単にあふれての学校が行われた高野山大学で、宿泊も再び宿坊のしまい、レジュメを何度も見なおしながら必死につい天徳院にお世話になりました。

て行く有り様となりました。学生の皆さんの方がよく食

私にとって結晶の対称性はぜひ学び直したいこと

らい付いていたように思います。

でしたが、群論と聞いてハードルを高く感じました。
プ

講義はとてもうまく設計されていて，要所に設定さログラムをみると、夜まで講義と質問コーナーとなっれている演習が理解に役立ちました。席順であてられており、ますますハードルがあがります。意を決して申て演習問題に答えるのですが、播磨先生も含め教員し込みましたが、開催案内とともに掲示された講師かも学生も平等にマッシモ先生の生徒として扱われまらのコメントには「行列の予習は必要不可欠です。特した。教員という立場もあるので、「わかりません。」とに、拡大行列（行列・ベクトルペアの掛け算）は頻繁に言うわけにもいかず、緊張感がありました。マッシモ

利用します。ごく簡単ですが、慣れていないとコース

先生の講義の組み立ては、教え方としてもとても参考の進行の大きな壁になります（経験から言います！）。
」になりました。

とあり、大いに怖気付きました。

同じ目的を持って積極的に集まった生徒ですか
ら、学びの雰囲気が出来上がると、質問も活発に出始めます。博士後期課程の学生たちは一日の長ありで、マッシモ先生の間違いを指摘する場面もありました。頭の回転の遅い私にとっては疑問が湧いたこ
ろには次の話題になってしまっており、不甲斐ないことでした。
講義は、集合論に関する用語の復習から始まり、写像や群に関すること、結晶における対称操作・幾何的要素・対称要素と続きました。その後、１次元ブラベー

講義風景

80

研究会報告

格子から、２次元ブラベー格子と進む中で、対称操作

集合写真と対称要素が増えていくことを学び、対称操作が比較収束しません。結局、電子状態を表現する方法がない的単純な２次元格子を使って位数と結晶族の表を完ことが問題だとの結論でした。磁気秩序の対称性を表成させました。結晶対称性を学ぶ上で、２次元格子の現するには磁気群がありますが、多極子秩序を表現す

対称操作を意識しながら、
もう一軸増やして３次元にる術はなく、磁気構造を観測するには中性子散乱といしていくとどうなるか理解していく方法は明快です。実

う手法がありますが、多極子秩序の構造を直接観測す際の３次元構造の対称性から勉強しはじめた私にる手段がないことが大いに問題であると実感しましとって結晶の分類は覚える物でしたが、次元を上げてた。
この時、マッシモ先生と播磨先生はＸ線では見えいって必然的に違いが現れる学び方に感動しました。

ないことがらを“結晶を構成する元素の色”と表現して３次元になり対称操作が増えて複雑になっても、その議論していたと思いますが、J-Physicsはまさにこの多様性を楽しめました。物質探索に挑み続けている“色”について分類し、観測を目指した領域研究である

おかげで結晶構造を頭の中に描くのは得意な方で、と私は理解しています。
この色を直接観測できる日がこれまでは思い描いた結晶構造から対称性を把握しくれば、URu2Si2の隠れた秩序が見えるようになるのだていましたが、講義によってそれがInternationalと期待しています。
この議論の聴講者は私だけで、
このTableに書かれている対象操作の記号と結びついて感動を共感できる人がいなかったことが残念ですが、いくことを非常に気持ちよく感じました。

贅沢な時間を過ごすことができました。

夕食後も学生さんたちは浴衣姿でマッシモ先生を囲んで質問や演習をしていました。
また、ほぼ毎日、私的懇親会がありました。私には最後の夜の議論がとても印象に残りました。播磨先生がURu2 Si2 における対称性の低下をどのように表現したらよいかについて、
マッシモ先生と話し始めたのです。
（URu2Si2の対称性については議論が続いており、私の理解が追いついていない点や偏った視点からの感想であることをお許し下さい。）Ｘ線構造解析に（今のところ？）全く姿を現さない対称性の低下をどのような対称性の破れに注目宿舎となった天徳院

すればよいのか実験家に伝えるために空間群を利用しようとする播磨先生と、空間群を利用して表すことが

３．ネスポロ・マッシモ先生

出来る対称性の低下は必ずＸ線構造解析に現れるは

高野山とはいえ暑い日本の夏であったにも関わらずで、正しく伝えるためには正しく表現しなければならず、スーツにネクタイをきちんと着こなしたおしゃれないと主張するマッシモ先生の意見は平行線を辿りな先生と言うのが、マッシモ先生の印象です。コー

研究会報告

81

講義中のマッシモ先生

休憩中にも質問が続き、休めないマッシモ先生

質問コーナーの様子

ヒーがないと身体が動かないとの要望でエスプレッ

全員がマッシモ先生から直々に修了証を頂きました。

ソマシンが用意されていました。

マッシモ先生には学生からの寄せ書きと高野山のお対称性や群論の授業では言葉を正確に使わざるを得ないわけですが、マッシモ先生は正確に表現する土産が贈られました。びっしりと書き込まれた寄せ書
きは学生たちの感謝の表れでした。

ために丁寧に言葉を選んで使われていて、私はいい最後となりましたが、このような面白い学校を計画

かげんに日本語を使っていることを恥ずかしく思いまして下さった播磨先生、実行委員の岸根順一郎先生

した。食事の時に「山本さんはたくさんいるけど、本山（放送大学）、戸川欣彦先生（大阪府立大学）、大原繁

さんは珍しい」と話しかけて頂き、名前の由来の話に男先生（名古屋工業大学）に心より感謝いたします。岸

なりました。
「ネスポロ」と言うのはイタリア語で「琵琶根先生・大原先生には、写真の提供・この原稿の執筆の木」、「マッシモ」は「最高の男の子」と言う意味だそ

にあたりご助言を頂きました。

うで、名前に由来や親の気持ちが含まれるのが日本だけでないことを知り、命名の重要さ・言葉に含まれる意味の大切さを改めて感じました。
マッシモ先生には多くのことを学ばせて頂きました。朝9時から18時までの長時間の講義、食事や入浴後に22時までの学生さんとの講義と質問コーナー、
24時過ぎまでのプログラムにない懇親会にまで参加していただいたことには、感謝の念に堪えません。

４．
さいごに
今回、J-Physics ものづくり学校第４回「対称性・群論トレーニングコース in 高野山」に参加させていた

シンプルなスケジュール表

だき、結晶対称性と群論について基礎から勉強させていただきました。閉校式で「この勉強会で理解したことを今後の研究に役立てて論文を書いてください。」と播磨先生が言われたように、今後の研究を進めていく上での大きな武器を手にしたと思います。参加した皆様の今後の発展が期待されます。
ハードなスケジュールにもかかわらず、一人の脱落者も出さずに本トレーニングコースが終了し、参加者

82

研究会報告

頑張り通した者だけが手にできる修了証

研究会報告会議報告「J-Physics 2019 International
Conference & KINKEN-WAKATE 2019
Multipole Physics」
青木大

東北大・金研2019年9月17日から21日まで、上記の国際会議およ2018年末にアメリカで発見された新奇スピン三重項

びチュートリアルセッションが神戸大学六甲ホールで超伝導体です。すでに知られている強磁性超伝導と同開かれました。J-Physicsの国際会議としては、八幡平

じように磁場再突入型超伝導がその後見つかるなど、（2017年）、淡路島（2018年）に引き続き、
これで3回目

現在注目を集めている物質です。UTe 2 の超伝導のとなります。国際会議に先立ち、東北大学のICC-IMR主

発見者であるポスドクのSheng Ran（NIST、
メリーラン

催のチュートリアルセッションが開かれました。５名のド大）と日仏の研究者による最新の結果の発表は、講師に、
スピン三重項超伝導、
トポロジカル絶縁体・超大変勢いのあるものでした。Ranの発表は、最初に風伝導体、拡張多極子、強磁場実験、第一原理計算など

刺画のようなイラストと”Seven surprises”というキーのトピックスについて講義をしてもらいました。国際会

ワードで始まりました。賛否はあると思いますが、印象

議の方は、34件の招待講演を含む47件の口頭発表がに残る講演であったことは誰しも認めるところでしょ

行われました。口頭発表は、それぞれのセッションとしう。私は、P. Canﬁeldの発表スタイルと重ね合わせててまとめられ、“EuPtSi, Skyrmion, Yb-system”,

聴いていました。

“1-2-20 system”, “Solid state chemistry and new

2019年は、ドミトリ・メンデレーエフが周期表を見materials”, “Augmented multipole”, “Magnetic

出して150周年ということで、国際周期表年とされてmultipole”, “UTe 2”, “Exotic superconductivity”,

おり、そのためのパネル展示も行われていました。興“Miscellaneous Interesting Topics”といったトピック

味深く見た方も多かったのではないかと思います。
ちスのもと発表が行われました。ポスター発表は、合計

なみに、真偽はともかく、ロシアではメンデレーエフ

92件の発表があり、二日間に渡って発表が行われましは周期表というよりもウォッカの生みの親として知らた。学生・若手によるポスター発表は、ポスター賞のれていると、酒に詳しいIlya Sheikinは強調していまし審査対象とされ、R y o y a M u r a t a , F u s a k o K o n ,た。たしかに米原万里のエッセイにも、そんなことがMegumi Yatsushiro, Rikako Yamamoto, Takuya

書かれていましたね。

Matsumoto, Shota Kanasugi, Yoshiki J. Sato, Yoshiki

9月は、日本物理学会、J-Physics2019、SCESと三週

Kuwataの8名がポスター賞に選ばれました。全体で連続に渡って会議が行われました。私の場合は、その155名の参加者があり、このうち18名はフランス、ドイ

後、大洗研究会というユーザーミーティングがあった

ツ、
オランダ、
アメリカ、中国、韓国、
クロアチアの海外かので、ほ ぼ １月、会 議 が 続きました。正 直 なところ

らの参加者でした。会議の発表内容は、proceedingsとちょっと多すぎるし、「会議疲れ」の方も多かったのでしてJPSJ. Conf. Ser.から出版予定です。

はないかと思います。そんな中、嬉しい話も聞きまし全体を通して、大変興味深い発表と活発な質疑応た。会議の後、研究室の学生のモチベーションがとて答、議論が行われたと思います。私にとって、やはり最も上がったというのです。試料育成のための電気炉がも印象に残ったのはUTe2のセッションでした。UTe2は学生の予定で埋まってしまって困っている、
という嬉し

研究会報告

83

い悲鳴のような話も聞きました。オーガナイザーの一会議の写真は以下からご覧になれます。

人として、こんなに嬉しい話はありません。会議の目的

https://photos.app.goo.gl/sZn8DWznZuWs5fcr6

は、情報交換や交流を通じて今の研究をより活性化させることだからです。若い人たちが、そのような本来の目的を達成できたということは、
この会議が成功裏に終わったということを物語っているのではないでしょうか。
最後になりましたが、言うまでもなく、この会議は、
多くの方々の協力・支援によって開催されました。
Local committee, Program committee, Publicationcommittee、そして事務担当の方、現地で準備してくれた学生など、一人一人お名前を挙げることはできませんが、ここに深く感謝の意を表したいと思います。

84

研究会報告

会議報告

International Conference on Strongly
Correlated Electron Systems (SCES2019)
会議参加報告松田

達磨

首都大学東京准教授

強相関電子系の国際会議 SCESʼ 19が、今年は日ます。会場は、岡山駅から歩道橋等を通じて直結した

本の岡山にて開催されました(9月23〜28日)。光栄

岡 山 コン ベ ン ション センター でし た。SCESʼ 17のなことに、その会議の参加報告記事の依頼を頂きまClosingにて播磨氏から開催場所が発表された際、一したが、会議の数ヶ月後に依頼を頂いたことや、会つの宣伝材料として「新幹線の停まる岡山駅に直結し議の規模からしても、私の能力では到底会議内容をた便利な会議場」という紹介がなされていたと記憶しつぶさにご報告することは難しく、ごくごく一部の主て おりま す が、そ の 会 議 終 了 直 後、J. Flouquet氏

観的な内容になること、予めご容赦ください。

(CEA-Grenoble)と播磨氏との会食時に、Flouquet氏

さて、会議ホームページ等にも情報がまとめられてからは「あのような宣伝ポイントは重要性がない。おおりますように、SCESは1992年に仙台にて最初の会寺に神社、城など観るところがいっぱいあって、温泉議が開かれて以降、３年に１度の国際磁気会議 ICMに、おいしい日本酒、それにエキサイトするプログラとの合同開催も含めて28年間も続く会議とのことでムが大事！」といったような彼特有の毒舌にジョークす。日本で開催されるのは、5度目で、アメリカと並ぶの混じった攻撃があり、お二人の攻防を若干緊張しな

開催回数に及んでおり、いかにこの分野における日本

がら、側で聞いていたことを覚えております。しかし、の研究者やそのコミュニティの貢献度が高いかが伺

実際に会議に参加された多くの方が感じられた通り、える一つの証拠ではないでしょうか。今回の岡山での会場へのアクセスの良さはピカ一であり、その交通の開催は、当初立候補をしていたインドが、SCESʼ 17便に加え、飲食店のある中心街へのアクセスも良く、(チェコ、プラハ)の直前に立候補を取り下げ、急遽日会議参加中の生活におけるストレスが非常に少なく、本での開催が決定し、SCESʼ 17のClosingにて発表さ

とても快適でした。さらに軽食や飲み物をはじめとしれました。くしくも、この2019年は、本領域の最終年

た「おもてなし」もかなり充実していたのではないで度にあたること、さらには領域代表の播磨氏がChair

しょうか。加えて画期的だと思ったことは、会議プログを務められ、Co-chairを網塚氏、Local committeeのラムのスケジュール管理や、会議運営からのアナウン

Chairを野原氏、その他多くの領域関係者が会議の運スメント、概要、メモといった情報の管理ツールとし営に携わられ、その活発な研究活動が会議運営にもてモバイルアプリが導入された点です。個人的には、存分に活かされた形となったのではないでしょうか。

大変重宝いたしましたが、これについては人によってまた、多くの学生にとっては研究成果を発表する絶好

意見が分かれるところかもしれません。資源の節約との機会となりました。実際、発表された参加者数(登参加者の荷物の軽減といった観点からも、今後このよ

録者数) 844に対し、その約60%が、国内の参加者とうなアプリの導入は増えていくのだろうと思いつつ、の発表がありました。相当数の学生の参加があり、本

結局私自身の反省としては、会議で取ったメモの多く

会議の規模は、私の知る範囲では、これまでのSCESを、タブレット端末の中やPCといった外部脳に蓄積しの中でも最大規模のものだったのではないかと思いたことで満足しており、本原稿を書くにあたり、見返し

研究会報告

85

左から徳永、Sheikin、井澤、Knafo、筆者、
Knebel、Brison、青木（敬称略）てようやく思い出すという情けないあり様で、実質的SCESʼ 19直前に山陰のとあるホテルにおけるミーに意味のある情報管理法は、アプリの便利さとは別にティング 後 の 食 事 中 の 写 真で す。フランスのCEA-あると痛感しているところです。

Grenoble及 びCNRSのメンバーと「腹を割って」研

さて、肝心の会議内容ですが、冒頭に述べた通り、

究について議論することを目的とした(？)集まりでし個人的な視点、かつ大雑把になりますが、やはり、た。
（本写真は、今回の会議のClosingでも、H. von.

UTe2 の超伝導状態をめぐるアメリアの研究グループ

Löhneysen氏によって紹介されたそうです。）私が、と、青木大氏を中心とする日本とフランスの研究グ

初めて国際会議に参加したのは、1998年にパリで開ループによる、すさまじい勢いでの研究の進展とそ催されたSCESでしたが、その時は自分の発表をするの 異 常 な 物 性 報 告、また、MnSiやEuPtSiにお けるだけで精一杯で、海外の研究者とこのように友人とSkyrmion Latticeの研究報告は、本会議にて最も注して冗 談をい い つ つも、朝 から晩まで 議 論 すると

目をあつめたトピックであったと思われます。また、いった関係を築くといったことは、想像もできません

従来の強相関電子系の研究テーマはもちろんのこでした。考えてみるとこのSCESをはじめとする国際と、多極子自由度のもたらす現象、なかでもトロイダ

会議や研究会、その他様々な研究交流を通して、先ル多極子モーメントがもたらす交差相関現象に関す人達が築いてきた関係のおかげで、私たちもこのよる理論及び実験的進展、また結晶の対称性と構成元

うな交流の機会を持つことができているのだと改め素に注目した反対称スピン軌道相互作用がもたらすて気付かされます。その意味でも、国際会議を一つ

物性の研究、トポロジカル物質の輸送特性研究及びのきっかけとして、研究はもちろんのこと様々な交流

物質開発、微細加工技術やピエゾ素子等を組み合わを深めると同時に、それらをさらに次の世代の研究せた様々な実験技術開発といった内容を中心に、者に引き継いでいけるようにしなければならないと、

Plenary Talkが組まれ、4回のPoster 賞の多くも上記改めて強く感じた会議でもありました。

のテーマに関連するものであったと思います。このような研究内容を見ると、いわゆる強相関電子系というキーワードでは収まらない幅広い物質研究発表の割合が拡大している印象を強く受けました。これら
は、J-Physicsの研究会等において度々議論されているように、強相関電子系における多くの物理的要因の本質(キーワード)が、他の物質系の現象と深く関わっていることの理解がより進んだことによるものだと私は思っています。
最後に、写真を１枚紹介いたします。この写真は、

86

研究会報告

研究会報告第13回物性科学領域横断研究会「凝縮系科学の最前線」報告榊原俊郎

東京大学 物性研究所

教授

第13回物性科学領域横断研究会が2019年11月27
日と28日の２日間、東京大学本郷キャンパスの小柴
ホールにおいて開催されました。本研究会は物性関係の新学術領域の研究内容を専門外の研究者や大学院生に対して解説し、領域間のシナジー効果を高める
とともに、物性科学のホットな話題を２日間で概観することを目的として2007年に始まりました（第２回までは特定領域合同研究会）。今回は、・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

・ハイパーマテリアル：補空間が創る新物質科学（神戸大学（東京理科大学

播磨尚朝

H27-H31年度）

田村隆治

R1-R5年度）

・複合アニオン化合物の創製と新機能の８領域に加えて、ゲスト講演として（京都大学

・蓄電固体界面科学

陰山洋H28-H32年度）

・次世代物質探索のための離散幾何学（名古屋大学（東北大学

が参加しました。

小谷元子

H29-H33年度）

入山恭寿

R1-R5年度）

・ハイドロジェノミクス：高次水素機能による本領域からは、私がEuPtSiのスキルミオン相につ

革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成

いて、また青木大さんがUTe2 の三重項超伝導につい（東北大学て講演を行いました。初日の午後にはポスターセッ

折茂慎一

H30-H34年度）

ションがあり、68件のポスター講演がありました。ポ・量子液晶の物性科学
（東京大学

芝内孝禎

R1-R5年度）と関係の深い、電通大伏屋研究室の粟島裕大さんが・機能コアの材料科学（名古屋大学松永克志

スターセッションにはポスター賞が設けられ、本領域

R1-R5年度）

優秀ポスター賞を受賞されました。おめでとうございます。また、初日の夕方に凝縮系科学賞の授賞式がありましたが、これについては次項で報告します。
２日間にわたり、異分野の最新のトピックスについて聞くことができて、密度の濃い研究会でしたが、講演会場は思ったよりも人が少なく、大部分がシニアな先生方で若い人や学生さんが少ないのは少々もったい
ない気がしました。

研究会報告

87

ポスター賞受賞者○最優秀ポスター賞
田中桜平

東大新領域

キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3 における
磁場角度回転比熱測定○優秀ポスター賞
粟島裕大

電通大基盤理工SrTiO3 における磁気抵抗の理論
池田達彦

東大物性研

層状MX2 化合物における自由エネルギー
多谷構造とストライプCDW構造の起源
片岡亨太

東大物性研

Kitaevスピン液体候補物質OsxCl3
友田雅大

東大院総合文化ポリ酸とポリエチレングリコールからなる結晶性
プロトン伝導体
山崎勇樹

名大理

トポロジカル結晶超伝導体におけるマヨラナクラマース対の電磁気応答の理論

88

研究会報告

受賞者と秋光組織委員長（前列左から２番目）と陰山ポスター賞担当（後列右端）研究会報告橘高俊一郎さん榊原

凝縮系科学賞受賞

俊郎

東京大学 物性研究所

教授

本領域B01班の公募研究メンバーである東京大学受賞講演では、実験手法の説明の後、CeCu2Si2 [1]物性研究所の橘高俊一郎さんが第14回凝縮系科学とSr2RuO4 [2]の実験結果が紹介されました。前者は、賞（実験部門）を受賞されました。受賞対象となった

長年d波超伝導であると考えられてきた典型的な重研究は「極低温精密比熱測定による超伝導ギャップ

い電子超伝導体が、実はフルギャップのs 波超伝導

構 造 の 決 定」で す。2019年11月27日、東 京 大 学 本である可能性が高いことを初めて指摘した仕事です。

郷キャンパス小柴ホールで表彰式が行われ、同賞運また後者はp 波超伝導体と考えられてきたSr2RuO4 が営委員長の秋光純先生から賞状その他が贈られまし水平ラインノードを持ち、p 波とは矛盾することを他た。橘高さん、おめでとうございます。

の研究に先立って指摘した仕事です。いずれも当該

凝 縮 系 科 学 賞 は、物 理・化 学・材 料 科 学 にわ たる、広い意味での凝縮系科学に従事する優れた若手分野に大きなインパクトをもたらしたもので、これらの業績が認められて今回の受賞となりました。

研究者を奨励することを願って、秋光純先生と福山

最近、橘高氏は開発した装置を磁性研究にも応用

秀敏先生が私費を投じて2006年に創設した賞です。

し、「磁場回転による磁気熱量効果」という新しい測毎年、原則として実験系・理論系各１名が受賞者と定手法を見出しました。この手法は磁場中エントロ

して選ばれます。今回は橘高さんとともに、理論部門

ピーの異方性を精度良く抽出することができ、高い応では東京大学総合文化研究科の水野英如さん（受賞

用可能性があることから今後発展が期待されるもの

理由は「ガラスの力学特性における階層構造の理論

で、本Newsletterにも紹介記事（Vol.6、橘高さん）が的解明」）が受賞しました。式では永長直人選考委員あります。今後の橘高さんのますますのご活躍を期

長から選考経過の報告がありました。審査は研究業待します。

績の当該分野における位置付け、方法論の新しさや的確さ、研究内容の質の高さ、波及効果などの観点から行われますが、今回は応募者のレベルが高く、選考に非常に苦労したということでした。
橘高さんは、希釈冷凍機温度で磁場を回転させながら比熱を精密に測定することによって超伝導体のギャップ構造を決定する実験手法を確立し、さまざ
まな非従来型超伝導体のギャップ構造を明らかにしました。

左から：秋光運営委員長、橘高氏、水野氏、永長選考委員長[1] S. Kittaka et al., Physical Review Letters 112, 067002 (2014).
[2] S. Kittaka et al., Journal of the Physical Society of Japan 87, 093703 (2018).

研究会報告

89

研究会報告J-Physics令和元年度領域全体会議報告藤秀樹

神戸大学 大学院理学研究科

教授

はじめに

気交差相関による電流誘起磁化の実験的証拠と今後

令和元年度領域全体会議は新春の1月6日〜8日にの課題について報告がありました。また、局所空間反神戸大学百年記念館六甲ホールにて開かれました。

転性が破れたSrPtAsなどのカイラル超伝導の理論に

本新学術領域の最終年度に行われたこの会議では、ついても紹介されました。

5年間にわたる研究について総括を行うことはもちろ【D01班】 岡山大異分野基礎科学研究所の野原氏よんですが、新展開へのシーズを発掘することも重要なり報告がありました。
【X00班、Y00班】神戸大院理の播課題となります。会議は、A01計画研究からD01計画

磨代表より報告がありました。
この２つの時間帯は、研究の成果発表とX00総括班ならびにY00国際活動

会場空調設備の不調のため本部施設部とのやりとり

支援班のまとめのセッションを皮切りに、研究テーマで、残念ながら席を外し詳細はわかりませんが、野原毎に10のセッションとポスターセッションが行われま氏の発表では新物質探索の試みやその成果についてした。

報告がなされたとのことです。また、播磨代表の発表
では、これまでの領域の活動内容の説明と若手海外各計画研究の総括【A01班】 東大院理の中辻氏より、これまでの研究の派遣の実施状況やその成果の報告がなされたとのことです。

総括がありました。従来のf 電子多極子のみならずク

90

ラスター多極子まで幅広く研究が展開され 、特に公募研究の総括

PrT 2 Al 20 系を中心とし、多極子によるマルチチャンネ

この新学術研究では「d 電子系とf 電子系の交流やル近藤効果とエキゾチック超伝導に関する成果や、研究項目の垣根を越えた研究交流を積極的に行い研Mn3Snにおける異常ネルンスト効果及び、磁気スピン究の活性化を行う」と謳っておりました。実際に、多極ホール効果など成果が報告されました。

子やスピン軌道相互作用を切り口に分野や研究項目【B01班】 東北大金研の青木氏より5f 系の多極子自の垣根を超えて共同研究がなされた結果、今回の由度と遍歴性に関するこれまでの総括がありました。

セッションは研究項目に縛られず物質や物性を切り

この班では、主としてURhGeなどの強磁性超伝導や口にプログラムが組まれ、分野融合がうまくいったとURu2Si2などの古くより知られた異方的超伝導につい感じさせるものでした。10の口頭発表セッションと１ての成果が報告されました。また、新しいスピン三重つのポスターセッションが設けられました。

項超伝導体として脚光を浴びているUTe2の研究の進【EuPtSi】 この物質の秩序状態の磁場中で見られる展について概略が紹介されました。

A相の秩序変数がtriple-qのSkyrmion相であることが【C01班】 北大院理の網塚氏より拡張多極子の動的

中性子や共鳴X線散乱などで確認されたことが報告

応答について、
これまでの研究の総括がありました。

されました。
このSkyrmion相はMnSiで議論されてきUNi4BやCeRh2Si2での磁気秩序状態における電気磁

たd 電子系の概念ですが、f 電子系の伝統芸でもある

研究会報告

試料の純良化とd電子系での異常磁気相への実験的化率の測定についても、わずかながら減少することがアプローチの協奏により明らかになったもので、分野報告され、
スピン三重項超伝導が実現していると考えを超えた物理の普遍性と多様性を印象づけるもので

らます。
さらに、
このセッションでは強磁性超伝導体やした。

古くから知られたU化合物超伝導体やSr2RuO4につい【カイラル系】 このセッションでは、キラル磁性体のても議論されました。

結晶育成や磁気相図、電流誘起磁化の観測が発表さ【多極子相関・多極子近藤効果】 このセッションではれました。CsCuCl3では攪拌法により10cmもの大きさ

Pr1-2-20での重い電子状態や希薄系の単サイト非を持つ片手系単結晶が育成されるまでに至ったこと

フェルミ流体的挙動について報告がありました。特にが報告されました。一方、4f 電子系キラル化合物で完

多極子物理の草分けでもあるCeB 6 について低周波

全な片手系単結晶育成はできていないものの、反強NQR実験から多極子秩序に関する明白な情報が報告

磁性転移温度以下で電流誘起磁化テンソルの対角成されたことは印象に残りました。

分の増大が見られることなどが報告されました。

【奇パリティ系理論】 このセッションは、量子スピン【拡張多極子１・２】 このセッションは、d 電子系を系に関わる議論や奇パリティ結晶場における異常物

中心に議論されました。特にMn 3 Snでの磁気秩序状性や動的平均場のあたらしい展開などが報告されま態は理論やXMCD実験などから“クラスター磁気八極した。

子”で理解できることが報告されました。Cd2Re2O7で【ポスターセッション】 ポスターセッションでは43件

も電気トロイダル四極子の可能性が指摘され、実験の講演があり、活発な議論がなされました。また、学的観点から議論がなされた。従来のf 電子多極子の概生を対象としたポスター賞が設けられ、以下の方々が念を拡張した“拡張多極子”の物理がd 電子系でも成受賞しました。以下に、受賞者名（敬称略）
・所属・と発り立つことを印象づけるものでした。

表題目と概要を記します。

【物質開発および多極子秩序】 このセッションは、私は学内業務のため中座し詳細はわかりませんが、Bi系

P08：竹村優輝・神戸大院理・「微視的・巨視的測定から

層状超伝導体や、βパイロクロア酸化物、硫化物、有見る近藤格子系CeRh6Ge4における強磁性量子臨界点

機分子性導体などが議論されたようです。

の存在」(概要)反強磁性量子臨界点近傍では異方的超【超伝導１・２】 最近みつかったUTe2の超伝導状態

伝導や非フェルミ流体状態など異常物性が報告されの異常性を中心に議論が展開されました。特に印象ているが、純良弱強磁性体では強磁性量子臨界点は的であったのは、ｂ軸のみ磁場中超伝導相図がUCoGe

見られないと考えられている。発表者は近藤格子弱強と似た特異な振る舞いを示し、また、UPt 3 やUBe 13 の磁性体CeRh6Ge4の圧力下電気抵抗ならびに常圧下の超伝導多重相を想起させるような特異な超伝導相図

Ge-NMRより約１GPaの加圧下で強磁性量子臨界点が得られていることが報告されました。
また、
スピン磁

が存在することを強く示唆する結果を報告した。

研究会報告

91

P11田島聖士・東大物性研・「PbRe2O6 におけるスピン

ワイル半金属MoTe2の圧力下超伝導についてもNMR

軌道結合金属の可能性」(概要)強いスピン軌道相互実験から超伝導に関する低エネルギー励起を報告し作用をもち空間反転対称性を有する系は、
フェルミ流

た。

体不安定性を持ち、空間反転対称性を破る相転移が自発的に起こり、結果として誘起される反対称スピン

P29：篠﨑真碩・島根大院自然・「Ceジグザグ鎖構造を

軌道相互作用により多極子秩序などの秩序相が現れ有する反強磁性Ce化合物における電気磁気効果のることが期待されている。
この研究では、その候補物

観測」（概要）Ce3TiBi5はCeがc軸方向にジグザグ鎖構質であるパイロクロア型PbRe2O6の物性測定を行い2造をとる六方晶の化合物であり、TN=5.0 Kで反強磁性段の構造相転移などが存在することなどを報告した。

を示す。
この磁気構造は、
フェロ・トロイダル秩序とみなすことができ、電流誘起磁化の発現が期待される。

P18：仲嶺元輝・京大院理・「スピン三重項超伝導候補

電流を印加していない場合の磁化に比べ、a軸に電流

物質UTe2の超伝導相における125Te-NMR」(概要)U化を印加すると、電流の正負で逆向きの電流誘起磁化

合物強磁性超伝導体では強磁性と超伝導が共存し、が観測され、Ce3TiBi5でフェロ・トロイダル秩序が生じ

パウリ極限を超えるような高い上部臨界磁場を持ちていることを強く示唆する結果を報告した。

つつこれらの系ではイジング型の強磁性スピン揺らぎが超伝導機構に関与していると考えられている。
UTe2は強磁性を示さないが、強磁性超伝導体と類似した 超 伝 導 特 性を示 す。発 表 者 は、単 結 晶 試 料 の
Te-NMRによるNMR緩和率やスピン磁化率測定から
UTe 2 がスピン三重項超伝導であることを強く示唆す
る結果を報告した。

P24：藤井拓斗・兵庫県大院理・「ディラック/ワイル半92

金属（黒リン, MoTe2）の高圧下NMR測定による研究」

授賞式は、最終日のクロージングセッションで行わ（概要）2次元層状ディラック半導体やワイル半導体れ、播磨代表から5人の大学院生の方々に賞状と記念は、その特異な物性から興味を持たれている。黒リン品が贈呈されました。J-Physicsのロゴマークが掘られは常圧下では半導体であるが、加圧下でディラック・

たクリスタル・ペーパーウェイトで播磨代表が自分のコーンをことが示唆されている。発表者は、圧力下分も用意したかったと話されていましたが、筆者もいNMR緩和率の磁場変化などからこの系でディラック

ただきたいなと思うような立派なものでした。おめで電子系特有の振る舞いを明らかにした。
また、Type-II

とうございます。皆さんのさらなる活躍に期待したい

研究会報告

と思います。

り、それを実践したことが成功に結びついたのではな
いかというニュアンスの言葉で結ばれ大変印象に残

懇談会

りました。

懇談会は2日目の夕刻に会議場近くの瀧川記念学

また、鹿野田先生は、ご自身の経験から5年間で学術交流会館で開かれました。福山神戸大学理学研究

術の方向性を創出することの難しさについて語られ、科長の挨拶があり、高台から見下ろす神戸の夜景を

本新学術領域研究スタート時点での審査委員からの眺めながら熱い議論が交わされ、また、秋光先生から注文である、（１）dとfとの分野融合をどこまでできるのお話もあり、懇談会は大いに盛り上がりました。懇か？ と、（２）多極子をキーワードにどこまで物理を広談会では議論が足りなかった総勢20名ほどの方々げることが出来るか？について評価のお言葉をいたが、私の研究室にこられ23時頃まで活発な議論を繰だきました。
（１）はEuPtSiを例にとりd電子のスカー

り広げました。

ミオンと同じ物理がf 電子系でも起こっており物理の普遍性と多様性を示すことができたこと、（２）につい

評価委員講評ては、拡張多極子という概念でd電子系やスピン軌道

会議の最後に評価委員の上田寛先生と鹿野田一司

相互作用が弱い極限である有機系での物理まで説明

先生から講評をいただきました。上田先生からは、物ができるという普遍性を示せたこと、について言及さ

質開発の観点からの講評でした。当初、f 電子系の物れました。さらに、人の交流とd -f 融合がうまく達成で理はd電子系にくらべ細かく何をやっているのかわかき、5年間で多極子という概念の普遍性を示すことがらないという印象であったが、2年間でその印象が変できたことは大きな成果であろうとの言葉をいただく

わり、d 電子に比べ細かい物理が低温で起きており、ことができました。また、結びとして、本研究の成果をわかりやすいと感じるようになったとの印象を述べら

コミュニティ外にも積極的にアピールしていくことがれました。また、物事の本質を見極めるためには、試重要であるとの助言もいただきました。

料の大切さや細かく一つ一つを抑えていかなければ本丸にたどり着かないという物理の本道をつらぬく姿勢が成果に結びついているのではないかとの講評をいただきました。結びに、本領域研究の成果を野球に例えられ、
この新学術は満塁ホームランこそなかったが、卓越した技術で安打・長打を量産し2000本安打をも達成し名球会入りできたのではとの賛辞をいた
だきました。先生の哲学として、一発満塁ホームラン
よりも、
とにかくコツコツと塁にでることが重要であ研 究 会報 告93最後に
この会議は新学術領域研究最後の全体会議となりれていましたが、蓋を開けてみると、会議開催中の毎ます。本新学術が採択される以前は、「f 電子にはまだ

日気温が10度以上と例年にない暖かい年始の会議とやることあるのか？」、「多極子はマニアックで難しい」なりました。参加者の多くは神戸大学へ通じる急勾配とコミュニティ内でも声が出ていましたが、この5年間（通称、定年坂）を汗かきながら登る3日間となったよを通して、評価委員の上田先生が述べられましたよううです。加えて、六甲ホールの空調設備の老朽化によに物事の本質を見極めるためには一つ一つを抑えてる不調が追い打ちをかけ、初日より不快な思いをされいかなければ本丸にたどり着けないことを実感しまし

た方があったかと思いますが、ご容赦願えればと思いた。
また、若手の活躍もめざましく、鹿野田先生の提唱ます。

された“J-wave”のようにf -electron multiple physics
からaugmented multipole physicsへとまだまだ拡がって次の学理創造につながっていくと希望をもてた瞬間でもありました。総括班・C01班員として活動させていただきましたが、播磨代表をはじめとする領域
関係者の皆様の物理に対する熱意が実を結び、さらに新たなシードを生んだ5年間ではなかったかと思
います。

94

年末の気象予報では年始に寒波の襲来が予想さ

研究会報告

滞在記

Ames 滞在記
桑田祥希

神戸大院理 物理学専攻

古川裕二

Ames Laboratory &Iowa State University

博士後期課程1年

丁慶平

Khusboo Rana

Ames Laboratory &Iowa State University

Ames Laboratory &Iowa State University「JPhysics国際活動支援班」からの援助を受け、200 Kと250 K付近で2段階の金属絶縁体転移を起こす

2019年6月15日から9月8日まで86日間、アメリカ合衆RuAsです[1,2,3]。CDW形成によるパイエルス転移の国、アイオワ州、エイムス市に位置する、アイオワ州立可能性などが指摘されていますが、金属絶縁体転移

大学・エイムス研究所に滞在しました。
このように始の機構は完全に明らかになったとは言えません。
このまるはずだった私のAmes滞在記ですが、航空券の搭派遣の目的の一つは、古川ラボの持つ高温環境で使乗者情報とパスポートの姓名が一致しないというミス用可能なNMR/NQR実験用プローブを使うことでしにより、出発間近、気持ちの高まりも最高潮に達した

転た。
300 K以上の高温金属相に対し75As-NQRを行い、空港を後に帰宅する、忘れられない1日遅れのスター

移点で発散する電場勾配の揺らぎの振舞を、より高温

トとなりました。
しかし、そんな失敗も到着2日後にはまで明らかにすることを試みました。初めての高温環

現地の学生と打ち解けるための良いつかみとなり、人境での実験はとてもいい勉強になりました。高温では生最大の失敗も「海外旅行の航空券は直接航空会社

銅線の被膜が溶けるから全て剥く、冷却水が必要なから予約するべし」という教訓とともに、経験という糧

ど、考えたら当たり前のように感じますが、実際に試料となりました。お騒がせしてしまった関係者の皆さまをセットして使ってみることで初めて本当の知識ににはこの場を借りて改めてお詫び申し上げます。

なった気がします。普段過ごしている神戸の研究室で私を受け入れてくださったのは、アイオワ州立大も、漠然と使ってしまっている先人の知恵があるので学・エイムス研究所に所属しNMR実験を強みとしていはないかと考える良い機会となりました。
また、
アメリる古川ラボです。古川先生をはじめとする、ポスドクのカの研究所で印象的だったのは、研究をサポートすQing-Ping Dingさん、博士学生のKhusboo Ranaさん

る技術スタッフが充実していることです。高温実験用による手厚いサポートのおかげで、Amesに持っての試料ケースにガラスを使う必要があったのですが、行った3つの試料のうち2つで、満足のいく挑戦ができ

信号強度をロスしないよう可能な限りコンパクトなガました。
さらにエイムス研究所のP. C. Canﬁeld氏のグラス管封入が求められました。
このような難度の高い

ループと古川ラボの共同研究にも参加させていただ

作業をグラスショップの技術スタッフがしてくれたの

き、普段とは異なるテーマに取り組む楽しさも知るこはとても助かりました。英語でこちらの意図を正確にとができました。神戸から持って行った試料の一つは伝えるいい練習にもなります。圧力セルが意図せず破[1] D. Hirai et al., PRB 85, 140509(R) (2012).
[2] H. Goto et al., Phys. Proc. 75, 91 (2015).
[3] H. Kotegawa et al., PRM 2, 05501(2018).

滞在記

95

損した際もマシンショップの技術者が相談に乗ってくと長い期間Amesで生活してみたいと思うことができ

れました。

ました。
また、今回の海外派遣の機会をいただいた新神戸から持って行ったもう一つの試料はRuAsと類学術領域J-Physicsの播磨尚朝代表をはじめ、快く送似の結晶構造を持つNbCrPです。神戸で単結晶作製

り出してくださった指導教員の小手川先生、藤先生、に成功し、125 K付近で何らかの一次相転移を示すこと

事務手続きを担当してくださった岩藤様、尾崎様、私を発見しましたが、未だにその機構は解明されていまのAmes滞在を支援してくださったすべての方々に、こせん。31P-NMRの結果から相転移により結晶構造に何の場を借りて厚く感謝申し上げます。

らかの変化が起きていることが示唆されていますが、Nbサイトを見ることで、より相転移に伴う電子状態の変化が明瞭になると考えAmesでNb-NMRを行いました。
この結果については現在論文を準備中です。
生活面は楽しいことしかありませんでした。アイオ
ワ州はとても平和で治安もよく、田舎ならではの静かさがとても心地良かったです。現地の学生が貸してくれた自転車のおかげで車がなくても自由に動き回ることができましたし、Amesはアメリカの田舎都市には珍しくバスが便利です。本当に住みやすいところで、住みやすい街ランキングの順位が上がっていること

日本食レストランにて。

も納得しました。古川ラボのメンバーに加え、理論系
や異なる実験手法で物性研究を行っている学生・ポ
スドクと交流できたことも刺激になりました。いろん
な研究室のメンバーが入り乱れた自主ゼミや、BBQを通して次々に新しい人に出会う文化に触れたことで、自分も少し社交的になりました。最後になりましたが、ご自宅での食事会やBBQに何度も招いて下さり、サ
ポートしてくださった古川先生ご夫妻にこの場を借りて改めてお礼申し上げます。
ありがとうございました。
宿舎のオーブンでステーキと野菜をシンプルに焼いて食べる毎日だったので、たまにごちそうになる日本
食のやさしさを実感しました。お二人のおかげでもっ

96

滞在記

左から古川先生、稲垣先生、Khusboo Ranaさん、桑田、Qing-Ping
Dingさん滞在記

PS I 滞在記
比嘉

野乃花

広島大学 先端物質科学研究科

徳永

陽

日本原子力研究開発機構

神戸

振作

日本原子力研究開発機構

助教

伊藤

孝

髭本

日本原子力研究開発機構

亘

日本原子力研究開発機構

J-Physicsの国際活動支援を受け、2019年10月9日

ウスの前では写真で示すように羊が放牧され、施設から15日の日程で、スイスにあるポールシェラー研の目の前には小高い丘が広がっていました。PSI敷地

究所（PSI）へ行き、EuPtSiに対するミュオンを用いた

内にはレストランやカフェテリアもあり平日はそこで実験を行いました。これまでのEuPtSiの研究内容に食事ができます。休日も、日替わりのフードトラック

ついては前号(NL Vol.8)を確認していただければと思で食事が提供されますし、徒歩で行ける範囲内にいますが、EuPtSiについいてJ-PARCのD1ポートを用

スーパーもあり、買い物をすることができました。私

いてμSRによる研究を行いました。しかし、EuPtSiのの滞在中は、偶然にも日本人が作っている唐揚げの転移温度T N = 4 K近傍では、緩和が速くJ-PARCでは

フードトラックが来ていました。1500円の唐揚げ弁当

時間分解能が足りず測定が困難な状況にありました。

と日本では高価に感じる値段でしたが美味しくいた

そのため、J-PARCよりも時間分解能の高いPSIへ行

だきました。

き、実験を行いました。

今回、2回目にもかかわらず支援していただいた播

ゼロ磁場から磁場中、極低温から常磁性温度まで

磨先生をはじめとするJ-Physicsの関係者の皆様、測を効率よく測るためにHAL-9500とGPSと呼ばれる装定用の試料提供していただいた琉球大の辺土先生、置について申請を行いました。HAL-9500は磁場を仲間先生、大貫先生には、この場を借りてお礼申し上

9.5 Tまで、希釈冷凍機を使うことで約10m Kまで冷げます。ありがとうございました。

やすことができます。また、GPSは磁場は7500Gまで
しかかけられませんが、ゼロ磁場で転移温度以下の1.5 Kから常磁性温度までを測るために申請しました。HAL-9500が4日、GPSが1日のビームタイムをもらい、並行して測定を行うことができました。その結果、転移温度近傍で揺らぎが発散的になるが磁気秩序により抑制され、それが1次転移的な振る舞いであること観測しました。この結果に関してはこれまでのJ-PARCでの結果と、NMRによる実験結果と併せて論文として執筆中です。
PSIはスイス・チューリッヒ空港から電車とバスを乗り継ぎ、長閑な雰囲気の場所にあります。ゲストハ

ゲストハウスから見た風景

滞在記

97

滞在記

イギリス・I S I S 滞在記
山本理香子

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

志村
教授

恭通

広島大学大学院
先端物質科学研究科

助教

博士課程前期2年

Duc LeDevashibhai Adroja

ISIS, Rutherford
Appleton Laboratory, UK

ISIS, Rutherford
Appleton Laboratory, UK「J-Physics：多極子伝導系の物理の国際展開」若手

遅れで無事イギリスに到着しました。到着後すぐに研究者の相互派遣からのご支援を頂き，2019年11月

Local contactのD. Le博士とD. Adroja博士に協力いた10日から10日間，
イギリス・ISISにて非弾性中性子散乱

だき，実験を開始しました。装置はほぼ自動化されて実験を行いました。実験は，NdTr2Zn20 (Tr = Co, Rh, Ir)

おり，幸いなことにビームも安定していました。試料がの結晶場励起スペクトルの観測を目的として，チョッ

4種類あったため，優先順位と測定条件を慎重に考え

パー型分光器MARIを使用しました。MARIという名称る必要がありましたが，結果的には全ての試料を測定は,できました。今回の目的であったNdの結晶場準位間

日本の中性子散乱研究の黎明期を支えた故石川義和先生のご息女，真理さんのお名前に由来するそうの磁気励起も観測できました。

です。今回の実験に漕ぎ着けるまでには困難もありま

今回の実験では中性子実験ならではの困難もあり，したが，それを乗り越えて「真理」からデータを得られ限られた時間の中でデータをきちんと揃えることの大たときはとても嬉しかったです。

切さを痛感しました。今までに測定したことのない手

一番の問題は，粉末試料を機内に持ち込めなかっ法で新たな情報が得られたことや，海外の研究者と議たことでした。保安検査所の検査員にどんなに説明し論できたことを，今後の研究活動に役立てていきたいても，笑顔で断られました。結局，試料は大学に郵送しと思います。最後になりますが，急な申請にも関わらずて，そこからイギリスへ送ってもらうことにしました。私

ご支援くださった播磨先生，関係者の皆様に感謝いたのマシンタイムまでに試料が届くか微妙だったので，します。

「私は何のためにイギリスに行くのでしょうか…」と引率してくださった志村先生に10回は聞いた気がします。志村先生は困っていましたね。
私自身は，無事イギリスに到着しました。
ロンドンからISISへは，電車で1時間と二階建てバスで40分かかりました。ISISはRutherford Appleton研究所の一部で，広大な施設には加速器放射光施設などの研究施設もあります。驚いたのは，食堂が一つしかなかったことです。その食堂も夜8時には閉まるので，それを逃すと自販機でスナックを買うしかありません。
空港で大学に送った試料は，マシンタイムから半日

98

山本編

滞在記

滞在記

海外派遣制度によるラザフォード・
アップルトン研究所滞在の報告
草ノ瀬

優香

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

志村

博士課程前期2年

恭通

Tatiana Guidi

D. T. Adroja

Duc Le広島大学 大学院
先端物質科学研究科 助教

ISIS Rutherford
Appleton Laboratory

ISIS Rutherford
Appleton Laboratory

ISIS Rutherford
Appleton Laboratory

国際活動支援班「J-Physics：多極子伝導系の物理思議と研究を続けていく勇気をもらった気がします。

の国際展開」からのご支援を頂き，2019年11月11日

Local ContactのTatianaさんは，テキパキとした素から11月20日までの10日間，イギリス・ラザフォード

敵な女性でした。今回は，測定用の試料を準備するた

アップルトン研究所(RAL)の中性子およびミューオン

めにビームタイム前日に着いたのですが，Tatianaさ源施設ISISに滞在しました。滞在の目的は，時間飛行

んのサポートもあり，その日のうちに測定を始めること

中性子分光器MARIを用いて非弾性中性子散乱実験ができました。そのおかげで，非磁性La化合物を測定を行い，電気四極子の自由度をもつ立方晶PrMgNi4

し，フォノンの寄与を調べることができました。Ducさの結晶場準位を決定することでした。ここでは，ISISでんには，解析をサポートしてもらいました。解析したの生活や実験の様子について報告します。

い内容を伝えると，プログラムの修正方法や参考にな

滞在先のRALは，ロンドン郊外のDidcotから車で20る本を教えてくれました。また，以前広島大学で研究〜 30分のHarwellキャンパスにあります。広大な敷地されていたAdrojaさんには，磁気励起スペクトルの解には，ISISだけでなく，シンクロトロン放射光施設ダイ

釈の仕方について議論していただきました。磁化からヤモンドや，医療・セキュリティなどへの応用研究をし求めた結晶場準位だけでは説明できない励起も観測ているレーザー施設，宇宙関連の施設もあります。

されており，不純物や格子歪み，超格子などの影響を

ISISのエントランスにはシンクロトロン加速器のミニ
チュア模型があり，高エネルギー陽子ビームを模した
LEDの光がくるくると回っていました。その光は，沢山の分光器で囲まれているTarget1とTarget2に4：1の考慮する必要がありそうです。今回の議論を活かして課題を解決し，論文にまとめたいと思います。
最後となりますが，播磨先生をはじめとする国際活動支援班の皆様に，お礼を申し上げます。

比率で入るのですが，通りがけにTarget2が光るところ
はめったに見ることが出来ませんでした。たまたま
Target2が光るのを見ることが出来た日は，1日上手くいくと験を担ぐ始末でした。MARI分光器はTarget1の方に設置されており，ビームガイドの上に組んである
鉄骨の通路を使ってキャビンへ通いました。MARIの名称は，故石川義和先生のお嬢様の真理さんのお名前から付けられたそうです。試料をセットするたびに，日本語で「真理」と書かれたプレートが目に入り，不

滞在記

99

滞在記

グルノーブル滞在の抱負佐藤芳樹

東北大学工学研究科

青木大

金属材料研究所本多史憲Ilya Sheikin

Jean-Pascal Brison

金属材料研究所

LNCMI Grenoble

CEA Grenoble

この度、J-Physicsの国際活動支援班のご支援を頂き、海外派遣の滞在先のひとつであるLNCMI Grenobleでの2020年2~3月にフランス・グルノーブルの強磁場施設であ

強磁場下での量子振動実験が11月末から12月にかけて行るLNCMI Grenobleおよびフランス原子力庁（CEA Grenoble）

われており、海外派遣の打ち合わせも兼ねて実験に参加しに滞在させていただけることになりました（55日間）。本

てきましたので、そちらに関しても報告します。滞在先はニュースレターでは、グルノーブル滞在に向けた抱負と、Ilya Sheikin氏の研究室です。Sheikin氏と彼の博士課程の金属材料研究所の国際共同研究センター（ICC-IMR）の援助

学生であるSanu Mishra氏は2019年の夏ごろに大洗センで11~12月にフランスに出張した際の感想などを報告した

ターに長期滞在していたということもあり、スムーズに実験

いと思います。

や議論を進めることができました。LNCMI Grenobleは、水今回の海外派遣の研究テーマは、超伝導を示すことが冷の常伝導マグネットを用いて30 Tを超える磁場で実験が近年報告されたウラン系超伝導体UTe2[1,2]の純良単結晶できる施設です。Sheikin氏の研究室では、希釈冷凍機を組育成および、極低温・強磁場・高圧下など極限環境下でのみ合わせて~50 mK・~36 Tという条件での実験が行われま

物性測定です。UTe2 の研究は日本とフランスの研究グルーしたが、極限環境下にも関わらず美しい量子振動を観測すプで協力して遂行されており、今回の海外派遣では、その国ることができ、その実験技術に非常に感銘を受けました。

際共同研究を推し進めたいと思います。実は、UTe2というウ

このような実験環境下で精密な物性研究ができる施設は、ラン化合物は、私が所属する東北大学金属材料研究所大洗

日本はもちろん世界的にも希少な施設です。今回の海外派センターで10年以上前に単結晶育成に成功するとともに、遣では、彼らが2019年夏ごろから大洗センターで進めてき希釈冷凍機での物性測定が行われていました。私は普段た共同研究をさらに発展させることも目的の一つです。

は希土類・アクチノイド化合物の単結晶育成や物性測定を取り留めのない文章になりましたが、今回の海外派遣を行っていますが、今回のUTe2 の超伝導の報告を受けて、通して多くのことを学び、また、それを日本の研究コミュニ

純良単結晶の育成技術と精密な物性測定技術の重要性をティに還元できるよう尽力したいと思います。海外派遣に関痛感しました。今回の滞在先であるCEA Grenobleの研究グしまして、様々な方のご支援を頂きました。播磨先生をはじ

ループは、極低温実験の長い歴史を持っており、共同研究

めJ-Physicsの関係者の皆様、青木先生をはじめ東北大学のの推進とともに実験技術やアイディアについても学んでき

皆様、Sheikin氏、Jean-Pascal Brison氏をはじめとするLNCMI、たいと思っています。

CEAの皆様に、この場を借りてお礼を申し上げます。

[1] S. Ran et al., Science 365, 684 (2019).
[2] D. Aoki et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 043702 (2019).

100

博士課程後期1年

滞在記

滞在記

チェコ・プラハにおける滞在記
高力

暁成

北海道大学大学院理学院

博士後期課程１年

Jiří Pospíšil

Vladimír Sechovský

網塚

Department of Condensed Matter
Physics, Charles University

Department of Condensed Matter
Physics, Charles University

北海道大学大学院
理学研究院 教授浩

1月から3月までの期間、プラハ・カレル大学への滞

始めどのような寮なのかを全く下調べせずに行った

在で国際派遣支援に採用していただきました。ありがので、なぜかベッドが２つ用意されていることに違和

とうございます。Vladimír先生率いるこの磁性グループ

感を覚えつつ生活をはじめて数日後、突然部屋に知らの研究室に訪れたのは今回が初めてではなく、2年ほない男がいたときには驚きました。その方はアゼルバ

ど前にも試料育成を目的として滞在しています。ほとん

イジャンからきた学生の方で、今では楽しく同居していどのメンバーと顔見知りでしたのでスムーズに研究室ます。研究をしていてふさぎ込まないでいられるのはに受け入れてもられた印象です。実は2019年の10月か

トーク好きの彼のおかげかもしれません。

ら正式にカレル大学の学生にもなり、研究生活＆学生

私は今おもに2つの研究テーマに取り組んでいます。

生活を同時に送っています。博士後期課程で毎週の講当初から取り組んでいた「磁気秩序が空間反転を破る義をとるというのは少し不思議な感じもしましたが、新金属化合物における新しい交差相関」
ですが、
CeRu2Al10

しいクラスメイトもできましたし講義もAdvancedな内の電流誘起磁化に引き続いてRMn2X2 (R: rare earth, X: Si

容になっており楽しいです。面白かった（かつ最も骨がand Ge)における電流誘起歪みの検証をもくろんでいま折れた）講義はこちらで指導していただいているJiří先す。実現可能性未知数のチャレンジングな課題ですし生が担当する「物性物理における実験手法」
でした。
ま

うまくいかないことも色々ありますが、面白い結果が残ず各学生に対してその学生が専門とする分野の実験

せればなと思っています。当初見つかっていなかった

手段、専門外の実験手段の２つのテーマが割り振られ新しい相転移を示唆する結果も得られており、この系ます。それぞれのテーマに関して各自講義スライドをそのものへの興味も増すところです。2つ目のテーマと作成し、30分程度で他の学生に説明、そののち質疑にして、最近2次元系Van der Waals結晶の結晶構造解

対応するというものです。私の場合は前者が「Single

析や特異な磁気特性の解明に取り組みはじめました。

crystal growth」、
後者が「Spectroscopy of low-frequency

Vapor Transportで完成する試料はとても小さくて薄excitations」だったのですが単結晶育成も少しかじっ

く、
さらに空気中ですぐに水和が進行してしまうためにた程度の経験しかなかったので結局両テーマとも山取り扱いが難しい結晶ですが、実験の結果に対して群ほど知識を収集することになりました。教員の方々の論を活かして可能な磁気構造を提案したりしながら、

苦労、そしてせっかく作った講義にあまり興味を持っ理論家とも活発に議論を行っています。今後も頑張ってもらえなかった時の悲しさも実感することができまて取り組んでいきたいと思っております。改めまして、こした…。普段の寝泊りは実験施設から徒歩数分の場のような貴重な機会をいただけたことに深く感謝いた

所にある寮でしています。

します。

滞在記

101

国際周期表年２０１９
播磨尚朝

神戸大学大学院理学研究科教授

2019年は国際周期表年でした。これは、国連総会とUNESCOが2019年を「元素の周期表（Periodic Table ofChemical Elements）の150周年」と位置づけ、国際周期表年（International Year of the Periodic Table of Chemical
Elements: IYPT）と宣言したことによります。[1, 2]日本においても、日本化学会をはじめ、日本物理学会、応用物理学会などがIYPT2019を記念し、様々な事業が行われました。[3]なぜ2019年かと言うと、2016年にニホニウ
ムを含む118番目までの4元素が確定されて周期表の第7周期までが完成したことと、メンデレーエフが周期律を1869年に発見してから150年に当たる年だからです。
国内のイベントは2月23日の記念シンポジウム（日本学術会議講堂）から始まりました。講演者は、玉尾皓平
先生、細野秀雄先生、前野悦輝先生、さらには、ニホニウムを発見した森田浩介先生と豪華な顔ぶれで、一人30分の講演時間ではとてももったいないと感じました。討論時間では、高校の先生からの「原子と元素の違いはなんですか？」という質問などで盛り上がりました。さらに、実行委員会から「私たちの元素-エッセイコンテスト」と「私たちの元素-産学からのメッセージ」についても紹介がありました。
「産学からのメッセージ」は、元素を一つ選んでメッセージを送る（掲載する）ことで、国内の産学界と元素とのつながりを俯瞰する目的もあったと聞いています。
私たちのJ-Physicsでは「ものつくり」を大事にしています。
「ものつくり」において、元素の基本的な性質と周期律を知ることは大変重要なことです。J-Physicsではメンデレーエフの功績に感謝し、101番のMd（メンデレビウム）に対してメッセージを送りました。[4]さらに、神戸大学大学理学研究科と元素周期表同好会との共催
で、「国際周期表年2019をお祝いする元素と周期表を学ぶ会（元素検定スペシャル＠神戸と講演会）」を7月20日に神戸大学で開催しました。内容は、「元素検定」と元素スペシャリストのお二人の先生の講演です。講演は、桜井弘先生による「世界を変えた周期表」と玉尾皓平先生による「『一家に１枚周期表』に込めた思い」です。
「元素検定」には近隣の高校生を中心に80名ほどが参加して、2級と3級に挑戦しました。当日になって飛び入り参加した神戸大学研究担当理事も3級に挑戦されました。講演会は120名ほどが集まり、お二人の先生の講演に耳を傾けました。玉尾先生には講演の中で、J-PhysicsからMdに寄せたメッセージと共にJ-Physicsの活動についても紹介をしていただきました。

「元素検定」に取り組む参加者。

102

コラム

玉尾先生の話に耳を傾ける参加者。

サンクトペテルブルグ工科大学の「周期表の壁」。左下にメンデレーエフの像が見える。
この周期表はメンデレーエフが提案した最後のものである。

メンデレーエフ通り。

国際周期表年のイベントの一つに「巡回展：国際周期表年2019特別展」がありました。[5]特別展の巡回ルート
はあらかじめ決まっていたのですが、実行委員会にお願いして、特別展とは別に「パネル展」を9月に開催された「J-Physics国際会議」の会場で行うことが出来ました。国際会議に参加された方はパネル展をご覧になったかと思います。
「パネル展」は、神戸大学の教職員をはじめ、一般の方にも楽しんでいただきました。さらに、この会議での最優秀ポスター賞の副賞として、玉尾先生考案の「国際周期表年ネクタイ」が贈られました。この時に神戸大学での展示用に作っていただいたパネルは、その後で、岡山（SCESと岡山大学）を経て東邦大学などにも巡回されました。
国際周期表年の国際イベントとしての開会式は1月19日にパリのUNESCO本拠地とメンデレーエフの誕生日の2月8日にロシアで行われましたが、閉会式は12月5日に東京プリンスホテルで開催されました。
［6］会場には、日本だけ
でなく、ロシアや台湾でイベントに使われた展示が出展されました。式典では、幾つかの元素に関わる講演に加えて、エッセイコンテストの表彰や都内の女子高生が作曲したピアノ幻想曲「ニホニウム」の演奏などがありました。閉会式の模様はホームページからたどればYouTubeで視聴することができます。
国際周期表年と直接は関係がないのですが、今年はサンクトペテルブルグでメンデレーエフの足跡を尋ねる機会に恵まれました。ロシアのペトロザボーツク（Petrozavodsk）で開催された国際会議［7］に参加するために、会議の前後にサンクトペテルブルグに滞在しました。サンクトペテルブルグには大昔の新聞記事「水兵リーベ僕の船 ロシ
ア・サンクトペテルブルグ（ことばの旅人）」[8]で知った、いつか訪れてみたいと思っていた「周期表の壁」があります。調べてみると、メンデレーエフが勤めていたこともあるサンクトペテルブルグ工科大学に、その壁はありました。後で聞くところによると、メンデレーエフは生涯で9種類の周期表を発表したそうですが、この壁に書かれている
周期表は最後の9番目のものだそうです。メンデレーエフは工科大学のあとで、ネヴァ川河口近くのサンクトペテルブルグ大学に移ります。サンクトペテ
ルブルグ大学の中には「メンデレーエフ博物館」があり、彼の書斎や手書きの周期表が展示されているらしいのですが、週末は大学の中には入れてもらえません。人伝てに聞くと、平日でも予約しないと博物館には入れてもらえな
いようです。残念でしたが、サンクトペテルブルグ大学前の「メンデレエフス
カヤ・リニャ」（メンデレーエフ通り）沿いのパブで、メンデレーエフがここで過ごした日々を思いつつビールを楽しみ帰ってきました。

[1] https://iypt2019.org[2] https://iypt.jp/jp.html[3] https://iypt.jp/events/top.html[4] https://iypt.jp/industry/Md.html[5] https://iypt.jp/j-exhibition/top.html[6] https://iypt.jp/events/closing.html[7] https://oiks.pnpi.spb.ru/events/DMI-2019[8] 朝日新聞、2003年10月25日朝刊be

サンクトペテルブルグ大学の玄関左に掲げられたメンデレーエフの銘。
「ここで学び、働き、生活した。
偉大なロシアの科学者ドミトリー・
イヴァノヴィッチ・メンデレーエフ」
とある。

コラム

103

アウトリーチ活動「日本語からはじめよう」
大原
名古屋工業大学

繁男
物理工学科

アウトリーチ活動として「日本語からはじめよう」と題した授業を高校生に行なった。この活動は播磨代表による
ニュースレター第５号の巻頭言「日本語からはじめる」に端を発する。巻頭言では石黒鎮雄著「日本語からはじめる科
学・技術英文の書き方」（丸善株式会社，1994）が紹介され，英訳する上で最も重要なのは科学・技術文の日本語が明瞭であるべきこと，また，明瞭な日本語を書くことが思考力の向上につながること，が指摘されている。
私はスーパーサイエンスハイスクール（SSH）の愛知県立一宮高等学校において15年以上高温超伝導体の実験と講義を担当してきた。そのなかで，高校生は感想は書けるが考察は書けないことに気づき，高校教育に論理的な文章を書く学習を取り入れたいと考えていた。国語でパラグラフ・ライティングを教えていただくなどの取り組みをはじめていたが，よい文献を知ったことで自分で授業をやってみる勇気が出た。2019年2月に特別講義「日本語からはじめよう」を提案したところ，一宮高校に，ぜひやりましょう，と快諾していただいた。大学入学共通テストに記述式問題の導入が予定されていたことも，この授業の実現を後押しした。
授業は播磨先生と私で協同して2020年1月15日に一宮高校の理系選択の2年生を対象に行った。途中10分の休
憩を挟みながら，全体で2時間10分の授業を午前に約80名，午後に約120名，それぞれ2クラスと3クラス合同での実施となった。目的は，日本語の特徴を学んで文章を書く上での注意点を整理する，文章を修正する訓練をする，日
本語で論理的でわかりやすい文章を書くことが英作文を容易にすることを学ぶ，の3つにした。授業はスライド64枚
による解説とワークシートによる演習で構成されている。
ワークシートのひとつは，解説を聞きながら科学・技術文を書く上での7つの点検項目を記入してもらうもので，完成すると自分で書いた文章の点検ができるようになっている。また，英作文につなげるための注意点も１項目記入してもらった。文章修正の訓練は，高校3年生が書いた文章を例題に，4名の班で話し合いながら進めさせた。先輩の書いた文章を直す体験は印象に残ったようである。修正後と当初の文章を比較して変化を感じてもらい，さらに英訳してみせることで明瞭な日本語は英作文も容易になる例としてみせた。
授業では，動機付けに15分，日本語の特徴解説に50分，休憩をはさんで，文章修正演習に50分使った。また，最後の15分にまとめも兼ねて，J-Physicsの紹介，石黒鎭雄と著書の紹介などを行なった。ノーベル文学賞受賞者の父親ですと紹介すると，すぐにカズオ・イシグロ！と生徒から声がでていた。写真は休憩時間にニュースレター
を読む生徒たちと見守る播磨先生である。
今後，生徒はSSH課題研究に取り組み，授業で作成した点検項目を利用しながら報告書を作成する計画になっている。このアウトリーチ活動が高校生の文章作
成と論理的思考の能力育成に役立つかどうか，どきどきしながら経過を見たい。

104

コラム

J-Physicsを振り返って
鹿野田

一司

東京大学 大学院工学系研究科

教授

J-Physics の皆様、５年間はあっという間でしたね。新しい学術の発展には、それが基礎的であればある
程時を要するもので、５年限定の新学術領域研究は学術発展の基盤づくりと私は捉えています。私は、皆様と違う立 場で J-Physics に関 わらせていただき個 人 的に大 変 多くの学 び がありましたが、それはさておき、この 領 域 は 発 足 時 に掲 げ た目 標、― i) 多 極 子 概 念 の 一 般 化（局 在 多 極 子、遍 歴 多 極 子、拡 張 多 極子）、ii)ｄ電子系とｆ電子系を俯瞰する学融合 ―に向かって着実な成果を上げてきたと思います。局在多極子と遍歴電子の相互作用系について、近藤系の物理学を益々豊かにする秩序相や量子臨界状態が見出
され 、また、これまで d 電子系が舞台となっていたskyrmion が f 電子系においてd 電子系とは異なる長さスケールで発現することが発見されました。物質科学の発展を牽引する両輪 “普遍性と多様性” がうまく回っています。遍歴電子系では、何と言っても、新奇で多様な超伝導状態が次々に披露されているのは圧巻で、超伝導の常識がどんどん刷新されています。拡張多極子関連では、新しい交差相関物性の理論的な予言や実験的な検証が注意深くなされています。私の研究対象はスピン - 軌道相互作用が極めて小さい分子性物質（p 電子系）ですが、ある種の強相関系では電場の印加によりスピン流が生まれることが拡張多極子の概念により見事な形で予言されています。J-Physicists の成果が d, f の枠を越えて波及していることを示しています。
J-Physics の成果は、もちろん参画者の奮闘から来るものですが、領域の運営がそれを強く後押ししたと思 います。新 学 術 領 域 研 究には、単なる個々の研 究の集 合 体ではない 研 究 者 間の連 携 が 強く求められています。この 5 年間で 30 回を超える国内外のイベントが企画され 、私も何回か参加しましたが、若手からシニアの幅広い世代のベストミックスの研究者集団が熱くフランクに語り合える連携促進の場がうまく作
られ 、研究活動に限らず若手の教育まで細かく目配せする領域代表の姿勢が領域全体に浸透している姿をみました。
正直なところ、もう数年続けられたら….と思うところではありますが、世の中すべてが始まりと終わりの連続で回っていることを思えば、この終わりは、次の始まりのためと思いましょう。その意味でも、J-Physicsの成果をこの分野の枠を越えて “科学の成果” として伝える大きな仕事が残っています。総括班が全責任を負うのではなく、参画者の一人一人がこのことを本気で考える時、この研究領域が広い学問分野の中で継続 的 な 市 民 権 を 得 る 力 が 生 ま れ ると 思 い ま す。ｄ電 子 って 何 ?

f 電 子 って 何 ?

---こういう人 達 にJ-Physicsとは何ぞやをどう伝えるか ! （かく言う私もできておりませんが….。）
昨 今、Society 5.0 や 科 学 技 術イノベーションなど、刻々と変 わる社 会を反 映した言 葉 が 躍っていますが、それらを根幹から支える “物質” の中身を虚心坦懐に問う学問には普遍的な意義があると私は信じています。５年間の J-Physicsを糧に、また新しい始まりが起こることを切に願っています。

評 価 委 員の先 生 から

105

J-Physics、そのなんと深い物理の世界
上田寛

北岡氏に代わっての評価者への依頼があったとき、これまで3d遷移金属化合物を中心に物質開発をしてきてf 電子系になじみがなかった私としましてはためらいましたが、物質開発を中心にということであり、また、本領域研究がd-f融合をうたっていて、当時勤めていた豊田理研で5dのReの酸化物に取り組んでいたこともあり、
これは勉強させていただく良い機会と思いお引き受けした次第である。途中体調を崩し、これまでに全体会議
を含めて３回ほどしか報告会に出席できませんでしたが、それでも、d電子系研究者のご他聞に漏れず “細かい”、“マニアック” といったそれまで持っていた先入観が一掃され、これは誠に物性物理の王道を行く奥深い世界であると感銘を受けています。J-Physics N L 最終号への研究成果や活動への意見執筆依頼を受けるにあたり、最終年度の全体会議に出席して印象を受けたトピックスをいくつか取り上げ、評価の一端とさせていただく。
一つはEuPtSiで、良質の単結晶育成により研究がさらに進展し、d電子系のMnSiと似たf 電子系のスキルミ
オン秩序が明らかになった。d電子が伝導性と磁性の両方を担うMnSiに対し、EuPtSiではPtのd電子が伝導性を、Euのf 電子が磁性を担っていて、同様のスキルミオン磁気相図を示すことは、d電子系とf 電子系を俯瞰して把握するという本領域研究の目的にかなった成果であろう。d電子系の多極子系として注目されるMn 3Sbでは、今回さらに外場応答の成果報告があり、有望な材料としてのポテンシャルを感じさせた。他にMnのニクタイドなどd電子系の拡張多極子の話題もあり、本領域研究の目的の一端が達成されつつあることを実感した。
超伝導では何といってもトリプレット超伝導のUTe2であろう。U系超伝導体は本領域研究の目玉的な物質系であるが、強磁性相と超伝導相が近接していてリエントラント超伝導を示すUCoGeやURhGeと違って2成分系のUTe2でトリプレット超伝導が出現することは同じく2成分系の強磁性UGe2 において加圧により超伝導相が出現することと合わせて、U自身の強磁性と超伝導へのかかわりを示していて興味深い。Uの特徴は5f 電子と6d電子が接近していることで、そこに新たな超伝導の物理を感じさせる成果である。物質開発については、純良な単結晶育成をはじめ、私のような固体化学者が思いもつかないような層状物質の合成や対称性を考慮した物質の開発、キラル物質の右手系・左手系の作り分けなど、非常に印象に残っている。他にも印象に残った成果が色々ありますが紙面の関係から割愛させていただく。
本領域研究ではこれまで数多くの研究成果を出していて、スピン軌道相互作用の強いf 電子系と弱いd電子系をつなぐ領域における伝導性と磁性を「多極子」の概念に基づいて俯瞰的に把握し、多極子伝導系の学理を確立するという本領域研究の目的はほぼ達成されつつあると感じました。特筆すべきは研究活動における理論と実験の連携で、特に若い理論家が多く、実験結果を解析するというのみならず理論に触発された実験も数多く見られ、素晴らしい連携がなされていると感じました。また、サッカーボールなどを例にとり対称性をもとに物質を理解させるといった子供たち向けアウトリーチ活動にも感銘を受けました。高効率デバイスや室温超伝導などの戦略的物質開発によるエネルギー問題、環境問題解決への貢献という点については、これらの成果を基に今後の発展に期待したい。

106

評 価 委 員の先 生 から

今後の領域活動の予定
2020年 3月31日

JPhysics 領域設定期間終了

2020年 6月

事後報告書提出

2020年 10月

事業評価ヒアリング

２０２０年４月以降の関連行事
LT29 29th International Conference on Low Temperature Physics
日時：2020年8月15日（土）〜 20日（木）場

所：札幌コンベンションセンター（札幌市）

U R L：http://www.lt29.jp/

SCES2020 International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
日時：2020年9月20日（日）〜 25日（金）場

所：Casa Grande Hotel（Guarujá, São Paulo, Brazil）

U R L：https://sces2020.org/

日本物理学会（2020年秋期大会）日

時：2020年9月1日（火）〜 4日（金）場

所：熊本大学（熊本市）

事務局からのお 知らせ107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）

連 絡 先

J-Physics事務局：steering@jphysics.jp

前号の岸根氏の解説記事において著者の所属が誤っておりました。
正しくは 放送大学・教授（分子科学研究所・客員教授）です。
岸根氏及び関係各位にお詫び申し上げます。

編集後記
時が経つのは早いもので、今号が新学術「J-Physics」の活動をお伝えする最後のNewsletterとなる。まずは、執筆頂いた多くの方に感謝いたします。また本Newsletterの読者の方から、デザインに対してお褒めの言葉を頂くことがしばしばあった。記事の背景、段組み一切は北海道大学網塚研究室の渡辺陽子さんによるものである。実は渡辺さんには「J-Physics」が主催したworkshopのポスターのデザインも手掛けて頂いており、ポスターの出来栄えに驚かされた方も多いのではないでしょうか。この場を借りて渡辺「画伯」に感謝いたします。
これらのポスターを見ていると、5年間の活動もあっという間のような感じを受ける。ただ、本新学術で取り扱った「J」の物
理の重要性はこの5年間で多くの方に受け入れられ、認識されるようになったのも事実である。今後どのような方向に進んでいくのか大変楽しみである。
最後に、自身の興味でそれぞれの方向に向いている研究者のベクトルを「J」の物理の発展の方向に向かわせた、領域代表の播磨先生・事務担当の網塚先生に感謝致します。5年間お疲れさまでした。

渡辺「画伯」のポスター集

2016：若手夏の学校

2017：国際 workshop

2018：j-fermion workshop

2019：J-Physics 20192018：Summer School