What's New


C01班:拡張多極子による動的応答(網塚浩)
平成27~31年度 JSPS科研費15K05882の
助成を受けています


平成25~27年度 日本学術振興会 頭脳循環を加速する若手研究者戦略的海外派遣事業
「 核物質を含む化合物の強相関電子物性研究のための日米欧ネットワークの構築 」北海道大学 (R2501)


「これからの予定」

July 16-22, 2018  ICM2018 (於 San Francisco)
June 24-27, 2018  J-Physics 若手サマースクール (於 淡路)
Mar 22-25, 2018 「日本物理学会第73回次大会」  (於 東京理科大学 野田キャンパス)
Mar 15-17, 2018  J-Physics 領域全体会議 (於 東京大学)

「これまでの研究・アウトリーチ活動」

Feb 5, 2018 日本物理学誌(Journal of Physical Society of Japan)にUNi4Bにおける新しい電流誘起型電気磁気効果の実験的証拠に関する論文が掲載され、Editor's Choiceに選ばれました。  [TOPICS](日本語紹介記事)
Sep 24-27, 2017 J-Physics 2017 International Workshop(於 八幡平ロイヤルホテル)
Sep 20-24, 2017 「日本物理学会2017年秋季大会」 (於 岩手大)
Jul 17-21, 2017  「 International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017」(強相関電子系国際会議)(於 Prague, Czech Republic)
Jun 25-30, 2017  μSR2017 (於 北海道大学学術交流会館)
May 20-21, 2017  「拡張多極子の進展と課題」 (於 弘前大学)
Mar 17-20, 2017  「日本物理学会第72回年次大会」  (於 大阪大学)
Jan 16, 2017 日本物理学誌(Journal of Physical Society of Japan)にLaBe13の超伝導と低エネルギーアインシュタインフォノンに関する論文が掲載されました。
Dec 14, 2016 米国物理学会誌(Physical Review B)にUAu2Si2の特異な磁性に関する論文が掲載されました。
Nov 28, 2016 米国物理学会誌(Physical Review B)にCeOs4Sb12、NdOs4Sb12のフェルミ面のトポロジーに関する論文が掲載されました。
Aug 24, 2016
詳しくは<a href='http://sonicbangs.sci.hokudai.ac.jp/yanagisawa/Kaleidoscope/SOS_PRB2016.htm
'>こちら</a>

米国物理学会誌(Physical Review B)に、SmOs4Sb12の静水圧力下高周波超音波測定に関する論文が掲載されました。詳しくはこちら


May 26-29, 2016  「J-Physics 領域全体会議」  (於 北海道大学)
Mar 19-22, 2016  「日本物理学会第71回年次大会」 (於 東北学院大学)
Mar 14-18, 2016  「APS March Meeting 2016」にて、網塚教授が招待講演を行ないました (於 Baltimore, USA)
Mar 18, 2016

詳しくは<a href='http://sonicbangs.sci.hokudai.ac.jp/yanagisawa/Kaleidoscope/SOS_JPSJ2016-01.htm
'>こちら</a>

日本物理学誌(Journal of Physical Society of Japan)にSmOs4Sb12のパルス強磁場下超音波測定に関する論文が掲載されました。

Mar 11-12, 2016  「 Topical Meeting: Anomalous Transport in Multipolar and Topological Materials 」 にて、網塚教授が招待講演を行ないました (於 Mt. Washington, John's Hopkins Univ.)

Jan 15, 2016  D3の田端さん、門別君の博士論文公聴会(HLDのセルゲイ博士、カレル大学のセコフスキー教授が来日され審査に参加)
Jan 6, 2016  米国物理学会誌(Physical Review B)にUBe13の極低温DC磁化測定に関する論文が掲載されました。
Jan 6-9, 2016  「J-Physics:ものづくり学校」(於 岡山大学)

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About The VLT Lab

100 micro Kelvin Dilution Fridge

About the group

The group investigates magnetic properties of 4f- and 5f-electron compounds with particular interest in the heavy-electron(heavy-fermion) systems, using very-low-temperature experimental techniques and microscopic measurements such as neutron scattering and muSR. The heavy-electron systems are the inter-metallic compounds which contain elements of the rare earths (Ce, Pr, Yb, etc.) or actinides (U, Np, etc.) and behave as Landau’s Fermi liquids with quasiparticles whose effective masses are two to three orders of magnitudes larger than in ordinary metals. Such electronic states basically result from the hybridization effects that couple the 4f- or 5f- orbital levels of the lanthanide or actinide ions with the conduction states. A blend of this “c-f hybridization” and characteristics of local f orbits in compounds leads to a wide variety of non-trivial aspects of strongly correlated electrons at low temperatures. The heavy-electron compound was first recognized in CeAl3 in 1975 [1], and drew the interests of many physicists by the discovery of superconductivity in CeCu2Si2 four years later [2]. Since then, this research field has been providing a vast amount of new interesting materials and physics, most of which still deserve further investigations. Research on the heavy-electron compounds by our group started 1987, and presently focuses on the issues expressed by the keywords: weak antiferromagnetism, hidden order, anisotropic superconductivity, non-Fermi-liquid behavior, quantum criticality<, quadrupole order, metamagnetism, etc.

[1] K. Andres, J.E. Graebner, and H. R. Ott, Phys. Rev. Lett. 35 (1975) 1979.
[2] F. Steglich, J. Aarts, C.D. Bredl, W. Lieke, D. Meschede, W. Franz, and J. Schafer, Phys. Rev. Lett. 43 (1979) 1892.


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研究室について

Einstein Dome

理学院について
 2010年4月より、理学研究院の組織改変が行われ、理学院、総合化学院、生命科学院の3つに分かれました。理学院は数学専攻、物性物理学専攻、宇宙理学専攻、自然史科学専攻の4つに分かれており、当研究室は物性物理学専攻に属しております。
 物性物理学専攻は、理論系と実験系に大別されます。理論系は、これまでわかってきた様々な物理現象をもとに、数式やコンピューターシミュレーションなどを用いて新たな物理法則を発見していく部門で、実験系は未知の試料の性質を様々な実験手法を通して解明していく部門です。当研究室「Jマテリアル強相関物性(旧 極低温)」は実験系の研究室で、主に、「重い電子系」と呼ばれるウラン化合物などの極低温における物性を調べています。以下で、簡単に当研究室の概要について紹介します。

Students

Jマテリアル強相関物性研究室について
 “極低温”と聞くと、何度くらいの温度を想像するでしょうか?普段の生活の中で低温といえば、まず身近なものとして冷凍庫が挙げられるでしょう。家庭用冷凍庫の中の温度はおよそ-18℃で、この温度では水や食品はもちろんカチカチに凍ってしまいます。さらに低温となると、地球上最も寒い南極の観測史上最低気温がおよそ-80℃という記録があります。しかし、-18℃も-80℃も、この研究室で扱っている温度に比べると、はるかに高温なのです。私たちは普段、最も低い温度でおよそ-273℃という極低温で実験を行っています。-273℃は、水はもちろん、空気(主に窒素や酸素)までもが固体になってしまうほどの低温で、このような極低温の下で主にウランなどを含む金属化合物の物性を調べています。物性とは、電気抵抗、比熱、磁化、硬さなどの物質固有の性質のことで、物性についての研究は今日の高度な科学技術の発展において必要不可欠なこととなっています。例えばコンピューターや携帯電話に使われている半導体は、物性理論の発展によってその性質が明らかになり、現代の情報社会を支える大きな役目を担っています。Jマテリアル強相関物性研究室では、物性を極低温で調べることによって室温では見られないような様々な現象(例えば超伝導など)について研究を進めています。

O-do-ri Beer Garden 2010

研究室の雰囲気について
 当研究室の特色のひとつは、「ご飯はみんなで食べた方がおいしい」というモットー(?)です。お昼時になると、教員も学生もみんなで学食に行き、研究の進み具合や日常生活で起こった笑い話などをしながら昼食を取ります。これは他の研究室ではあまり見られないことです。その後、コーヒーブレイクタイムもあり、談笑しつつ午後からの実験に向けてやるべきことを確認し合います。このように、教員と学生との距離がとても近く、実験が上手くいかなかったときも教員と共に話し合いながら研究を進めています。
 飲み会などの行事も多く、歓迎会や内定おめでとう会、院試お疲れ様会など、何かにつけて飲み会を開いています。始めは何気ない話で盛り上がっていても、最終的には物理や研究について熱く語ってしまうのはご愛嬌(笑)。院生の中には、夜遅くまで時間を忘れ実験に没頭してしまう人もいて、熱い面々が揃っています。

また、極低温研究室自転車部 (VLT Cycling Club) の活動では、適度な有酸素運動によって運動不足の解消のみならず、研究上のひらめきが誘発されることが期待されます。RIDE ON!!

VLT.C.C.2012















研究室紹介ポスター

当研究室の紹介ポスターをご覧戴けます。 Poster

















大学1,2,3年生へ
 当研究室に少しでも興味をお持ち頂けたでしょうか?研究室を決めるに当たって、研究内容はもちろんですが、どんな人たちがいるのか、どんな雰囲気か、ということもとても気になるところだと思います。少しでも興味をお持ち頂けたのなら、まずは気軽に研究室を覗きに来てみて下さい。

大学院生居室1 理学部2号館1階10号室(2-2-05室)
でんわ 011−706−3583

大学院生居室2 理学部2号館2階10号室(2−2−10室)
でんわ 011−706−3558

VLT logo


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[TOPICS] UNi4Bのトロイダル秩序状態における新しい電流誘起磁化現象


原論文  Evidence of a New Current-Induced Magnetoelectric Effect in a Toroidal Magnetic Ordered State of UNi4B
Hiraku Saito, Kenta Uenishi, Naoyuki Miura, Chihiro Tabata, Hiroyuki Hidaka, Tatsuya Yanagisawa, and Hiroshi Amitsuka: J. Phys. Soc. Jpn. 87, 033702 (2018) [Editor's Choice].


【要旨】 蜂の巣構造上の電子スピンが渦状に並んで秩序した「トロイダル秩序」と呼ばれる磁気構造(図1)を持つ磁性体では、秩序状態で電流を流すと電流方向と垂直に磁化が誘起される現象が起きうることが2014年に理論的に予言された。本研究は、この理論予想を実際の物質(UNi4B)を用いて初めて実験的に検証したものである。


図1 蜂の巣構造状の渦状の磁気秩序状態(トロイダル秩序相と呼ばれる) 出典:S. Hayami, H. Kusunose, and Y. Motome, Phys. Rev. B 90, 024432 (2014). (この論文が、上述の理論予想の論文です。第1著者の速水賢 は北大の理論グループの助教。)


 多極子は系の異方的な電荷・磁荷分布を記述する物理量で、電荷分布を表すスカラーポテンシャルと磁荷分布を表すベクトルポテンシャルの展開から導かれる。特にf電子系をはじめとする強いスピン軌道相互作用を有する系においては、高次の多極子が秩序を支配することもあり、系の物性を記述するうえで不可欠な概念となっている。これまで、多極子の議論はそのほとんどが局在した磁性イオンと大局的な空間反転対称性を有する系に限られており、空間反転対称性が保たれた(空間反転対称性のパリティが偶の)多極子のみを扱っていたが、近年は、空間反転対称性を有しない奇パリティの多極子の理論研究が盛んに進められている。なかでも、複数のイオンサイトを一つのクラスターとして考えることにより、これまで平凡な反強的秩序と思われていたものがクラスターの対称性に合った特定の多極子秩序とみなせる、とする理論は特に注目を集めている。これはとりもなおさず、多極子の定義を空間的に拡張することを意味する。この理論の特徴的な点の一つとして、常磁性状態で空間反転対称性を有する系においても、反強的秩序に伴いパリティが破れ、奇パリティの多極子が秩序し得ることが挙げられる。例えば、ジグザグ鎖やハニカム、ダイヤモンド構造などはパリティが偶であるが、イオン位置では局所的に空間反転対称性が破れており、それに由来する奇数次の結晶電場が存在する。この電場は系のパリティを反映して交代的な配列をなし、総和としては0となっている。しかし、ジグザグ鎖上でイオン位置に反強磁性秩序が生じると、結晶電場と磁気モーメントの結合により秩序に伴い系全体のパリティが破れ、トロイダルモーメントや磁気四極子など奇パリティ多極子が有限となり得る。これらの奇パリティの多極子が強的に秩序した場合、電流による磁化誘起現象などの非対角応答をはじめ、多様な新奇物性が生じることが理論提案されている。以上の研究は現状では理論が先行しており、実験的検証は始まったばかりである。
 最近、我々の研究グループは、上記の理論を実験的に検証するため、磁気トロイダルモーメントの強的秩序が発現していると理論予想されている金属反強磁性体UNi4Bにおいて定電流下の磁化測定を行い、電流によって秩序相内で付加的に磁化が誘起される現象を初めて観測した。この成果は、日本物理学会が発行する英文誌Journal of the Physical Society of Japan (JPSJ)の 2018年2月号に掲載された。


図2 [0001]方向から見たUNi4BのUを含む層の結晶・磁気構造。結晶構造は実際には斜方晶だが、六方晶からの歪みが微小であるため六方晶の軸表記を用いている。ハニカムをなす橙の実線は磁気トロイダルモーメント(面に垂直な赤矢印)を構成する磁気モーメント(青矢印)を繋いでいる。


 UNi4BはUが僅かに歪んだ三角格子を組む結晶構造をとる。Uを囲むNiとBの配置からU位置には空間反転対称性がなく、本系は局所的に空間反転対称性が破れた系の一つである。本系の TN = 20.4 K以下の反強磁性相では、Uのうちハニカムをつくる2/3が三角格子面内に寝た渦状の磁気モーメント配列をもつことが提案されている(図2)。この渦状の磁気構造は磁気トロイダルモーメントtの定義と同じであることから、tが三角格子面に垂直な方向([0001])を向いた強トロイダル秩序(図1 赤色ベクトル)とみなせる。理論では強トロイダル秩序相内で面内に電流を印加することにより、電流とtの両者に垂直な方向に磁化が誘起することが予言されている。本研究ではUNi4Bに対し電流下の磁化測定を行い、三角格子面内[2-1-10]方向の電流印加により、面内でそれに垂直な[01-10]方向への磁化が付加的に誘起されていることを明らかにした(図3)。この「電流誘起磁化」は、通常の磁性体の磁化に比べて百万分の一程度の弱さであるため、本質的な信号以外の電磁的なノイズを如何に除去するかが課題であった。本研究では、磁化測定装置(量子干渉磁束計)の出力信号を解析する独自の手法を考案して、この問題をクリアした。
 一方、この印加電流による磁化誘起現象の異方性が理論と完全には整合しないことから、詳細な結晶・磁気構造に立ち戻った検証が必要であるが、局所的に空間反転対称性が破れた系において、磁気秩序に伴う電流による磁化誘起が観測されたという点において、理論の本質的な正しさを支持していると言える。それは即ち、これまで平凡な反強磁性体と思われていた化合物群においても、奇パリティ多極子秩序を内包しているものがあり、電気磁気効果をはじめとする多様な物性研究の舞台となり得ることを強く示唆している。
 今後はこの新しい電流磁気効果の普遍性について、他の様々な金属反強磁性体で検証したい。また、電流駆動磁気デバイスなどへの応用の可能性も検討していきたい。


図3 我々が観測した電流誘起磁化の様子(20.4 K以下のトロイダル秩序相において電流方向で反転する磁化が生じていることがわかる)。










Category: Research | Static URL: /research/UNi4B.htm |



J-Material: What is this?  
〜「Jマテリアル」命名の由来〜

詳しくは<a href='http://phys.sci.hokudai.ac.jp/LABS/kyokutei/vlt/whatsJmaterial.htm
'>こちら</a>
Jマテリアル探索のスキーマ

固体内電子のスピン軌道相互作用と結晶構造に内在するパリティ対称性の破れがもたらす新しい物質機能,並びにこれを有する新物質のことを「Jマテリアル」と名付けました。

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