- 第535回 藤村 靖 氏 (日揮(株)プロセステクノロジー本部 技術イノベーションセンター 技術研究所)
- 第534回 Yuki Utsumi Boucher 氏(Institute of Physics, 46 Bijenička, 10000 Zagreb, Croatia)
- 第533回 淡路 智(東北大学金属材料研究所)
- 第532回 Geetha Balakrishna 氏(Department of Physics, University of Warwick, UK)
- 第531回 小野 恭子 氏 (産業技術総合研究所安全科学研究部門・主任研究員)
- 第530回 Alexander V. Andreev 氏 (Institute of Physics, Academy of Sciences, Prague, Czech Republic)
- 第529回 Alexander V. Andreev 氏 (Institute of Physics, Academy of Sciences, Prague, Czech Republic)
- 第528回 Alexander V. Andreev 氏 (Institute of Physics, Academy of Sciences, Prague, Czech Republic)
- 第527回 S. Zherlitsyn 氏 (Dresden High Magnetic Field Laboratory)
- 第526回 渡辺 真仁 氏 (九州工業大学大学院工学研究院基礎科学研究系)
- 第525回 大原 繁男 氏 (名古屋工業大学大学院工学研究科)
- 第524回 志村 恭通 氏 (広島大学大学院先端物質科学研究科)
- 第523回 羽田野 直道 氏 (東京大学生産技術研究所)
- 第522回 Prof. Bjørn C. Hauback (Institute for Energy Technology (IFE), Kjeller, Norway)
- 第521回 Prof. Ulrich Höfer (Fachbereich Physik, Philipps-Universitat Marburg, Germany)
- 第520回 Dr. Gaku Eguchi (Institute of Solid State Physics, TU Wien, Austria)
- 第519回 川村 稔 氏 (理化学研究所 CEMS)
第535回 物性セミナー
題目 | エネルギーキャリアとしてのCO2フリーアンモニア製造技術開発 |
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講師 | 藤村 靖 氏(日揮(株)プロセステクノロジー本部 技術イノベーションセンター 技術研究所) |
日時 | 2019年2月7日(木)16:00- |
場所 | 先端物質科学研究科 302S |
要旨 | 温暖化ガスの排出量削減に向けて、国内のCO2排出量の約40%を占める発電分野からのCO2排出抑制は喫緊の課題である。その解決策の一つが、燃焼時にCO2を発生しない「エネルギーキャリア」の利用である。当社は、内閣府が主導する戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)において、エネルギーキャリアとしてのアンモニア関して、アンモニア製造から発電所への供給までのサプライチェーンの検討を行っている。本講演では、SIPで実施した再生可能エネルギーからのCO2フリーアンモニア合成技術の開発を紹介する。さらに、産総研福島再生可能エネルギー研究所(FREA)におけるアンモニア合成の実証試験において、再生可能エネルギー用いた水素・アンモニア製造、製造したアンモニアを燃料とするガスタービンによる発電という我々が目指すアンモニアバリューチェーンを模擬的ではあるが実現に成功したので、これらの概要を紹介する。 |
担当 | 小島 由継(自然科学研究支援開発センター) |
第534回 物性セミナー
題目 | Electronic structure of EuTGe3 (T: transition metal) studied by x-ray spectroscopies |
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講師 | Yuki Utsumi Boucher 氏(Institute of Physics, 46 Bijenička, 10000 Zagreb, Croatia) |
日時 | 2018年12月21日(金)10:00- |
場所 | 理学研究科 C212 |
要旨 | Quantum critical phase transitions have been one of the central issues in strongly correlated 4f-electron systems. At absolute zero temperature, tuning non-thermal control parameters, such as pressure and magnetic field, tilts the balance between the competing ground states associated with conflicting Kondo effects and Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida interactions [1]. The competition between Kondo and RKKY interactions in Ce- and Yb-compounds are often discussed using the Doniach phase diagram [2], whereas Eu compounds are believed to have a first-order phase transition with a Eu valence transition and not to have a quantum critical point (QCP). Most of the reported Eu-compounds favor divalent electronic states (Eu2+, J=7/2) with an antiferromagnetic ground state. By applying pressure or a small element substitution, the system undergoes a first-order phase transition by changing into a non-magnetic ground state with a trivalent (or valence fluctuating) state (Eu3+, J=0). Very recently, an unconventional behavior has been discovered in antiferromagnetic EuRhSi3 and Eu2Ni3Ge5 [3] and indicates a potential QCP. EuTGe3 (T= Co, Ni, Rh, Ir) and EuRhSi3 are isostructural, possessing a non-centrosymmetric BaNiSn3-type crystal structure. The Eu ions expect to be in a divalent electronic state and antiferromagnetic ordering appears at ~10-15 K [4]. We have performed hard x-ray photoelectron spectroscopy [5] and partial fluorescence yield x-ray absorption spectroscopy on EuTGe3. Details of the changes in the electronic structure as a function of transition metal substitution and pressure will be discussed in the talk. References [1] Q. Si, et al., Science 329, 1161-1166 (2010). [2] S. Doniach, Physica B 91, 231 (1977). [3] A. Nakamura, et al., J. Phys. Soc. Jpn 84, 053701 (2015): S. E. Muthu, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 85, 094603 (2016): M. Nakashima, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 034708 (2017). [4] O. Bednarchuk, et al., J. Alloys Comp. 622, 432-439 (2015). [5] Y. Utsumi, et al., Phys. Rev. B 97, 115155 (2018). |
担当 | 木村 昭夫(理学研究科) |
第533回 物性セミナー
題目 | 実用超伝導材料と無冷媒超伝導マグネット開発 |
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講師 | 淡路 智 氏(東北大学金属材料研究所) |
日時 | 2018年12月18日(火)16:20- |
場所 | 先端物質科学研究科 401N |
要旨 | 東北大金研強磁場センターでは,強磁場環境を様々な研究に提供するため,超伝導材料からマグネットに至る一貫した研究開発を行っている。特に,機械的に脆いNb3Sn線材の高強度化とその歪み特性の理解[1],高温超伝導線材における臨界電流特性の理解とその制御[2],さらには歪みと臨界電流の関係など[3]は,物性としても工学的にも重要である。強磁場センターでは,それらの材料を用いて,冷凍機で直接冷却する無冷媒超伝導マグネット開発にも力を入れている。最近では,無冷媒では世界最高の強磁場である24.6Tを52mmの室温空間に発生できる25T無冷媒超伝導マグネット開発にも成功し[4],ユーザーマグネットとしてすでに2年近く稼働している。現在は30Tへのアップグレード計画が進行中である。本セミナーでは,実用超伝導線材とその機能,さらには高磁場無冷媒超伝導マグネット技術について紹介する。 [1]. S. Awaji, “Quantitative strain measurement in Nb3Sn wire and cable conductors using high-energy x-ray and neutron beams,” Supercond. Sci. Techn., 26 (2013) 073001. [2]. S. Awaji et al., “C-axis correlated pinning mechanism in vortex liquid and solid phases for Sm123 film with well-aligned BaHfO3 nanorods,” Supercond. Sci. Technol. 30 (2017) 1140005. [3]. S. Awaji et al., “Strain-controlled critical temperature in REBa2Cu3Oy-coated conductors,” Scientific Reports 5 (2015) 11156. [4]. S. Awaji et al., “First performance test of a 25 T cryogen-free superconducting magnet,” Supercond. Sci. Technol. 30 (2017) 065001. |
担当 | 鈴木孝至(先端物質科学研究科) |
第532回 物性セミナー
題目 | Single crystals of superconductors, topological insulators and magnetic materials |
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講師 | Geetha Balakrishnan 氏 (Department of Physics, University of Warwick, UK) |
日時 | 2018年11月27日(火)16:30- |
場所 | 先端物質科学研究科 302S |
要旨 |
To make headway in understanding the physics of materials, high quality single crystals are essential. In this talk, I aim to present an overview of the investigations carried out on single crystals of various superconducting and frustrated magnetic materials obtained by the floating zone technique using optical furnaces at Warwick. I will also describe the study of crystals produced by other techniques and examples of investigations carried out on these crystals.
The availability of large, high quality single crystals has enabled significant progress in the study of geometrically frustrated magnets, for their fascinating magnetic properties (such as spin ice, spin glass, spin liquid or long-range ordered states). In the search for new frustrated magnets that display quantum effects, we have the turned our attention to less studied pyrochlore systems, such as rare earth zirconates and hafnates R2M2O7 (R = Rare Earth, M = Zr or Hf). I will show that with the advances we have made in the production of crystals of the rare earth zirconates and hafnates [1-2], it is now possible to investigate these novel classes of pyrochlores in greater depth.
The superconducting crystals of interest include non-centro-symmetric superconductors where the effect of the crystallographic inversion symmetry on the superconducting properties, in particular on the time reversal symmetry breaking, has been investigated [3]. I will also describe the study of crystals of some topological Insulators, including the interest in the Topological Kondo Insulator crystal, SmB6, produced by the floating zone technique at Warwick [4].
In my more recent involvement in a UK National project on Skyrmions [5] I lead the challenge in the synthesis of skyrmionic crystals at Warwick. I will give a few examples of the study of Zn substituted Cu2OSeO3 single crystals [6] and an ongoing detailed examination of magnetic structures of the family of GaV4S8/Se8 single crystals.
1. Nature Commun 9 3786 (2018); Nature Phys. 12 746 (2016); Crystals 6 79 (2016)
2. Nature Commun 8 892 (2017); J. Phys-Cond Matt. 29 075902 (2017)
3. Phys. Rev. Lett. 112 1007002 (2014); Phys. Rev. Lett. 115 267001 (2015)
4. Sci. Reports 3 3071 (2013); Science 349 287 (2015).
5. http://skyrmions.ac.uk
6. arXiv: 1807.04641
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担当 | 鬼丸 孝博(先端物質科学研究科) |
第531回 物性セミナー
題目 | 水素ステーションの定量的リスク評価と社会受容性調査 |
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講師 | 小野 恭子 氏 (産業技術総合研究所安全科学研究部門・主任研究員) |
日時 | 2018年10月9日(火)16:00- |
場所 | 先端物質科学研究科 302S |
要旨 |
水素社会に向け燃料電池車等が普及するには,燃料電池車に水素を充填するインフラである,水素ステーションの導入が不可欠である. ステーションの普及には社会に受容されることが必要であり,そのために事業者および行政が「水素ステーションに万が一事故が起きた時の影響の大きさ」を市民に説明できることが望ましい.本発表では,水素ステーション,特に有機ハイドライド型水素ステーションにおける,事故時の影響の大きさを「リスク」という指標を用いて評価してきた産総研の取り組みについて紹介する.定量的リスク評価の枠組み,および各要素技術であるベイズ推定を用いた発生確率解析,急性・慢性毒性や爆風圧等によるヒトへの影響シミュレーションについての技術開発の動向についても述べる.後半では社会受容性調査の目的と枠組み,および結果について紹介する.
本発表はSIP「エネルギーキャリア(エネルギーキャリアに関するステーションとその周辺に対するリスク評価手法開発と社会受容性調査)」の成果である. |
担当 | 小島 由継(自然科学研究支援開発センター |
第530回 物性セミナー
題目 | Magnetic properties of UCo1-xOsxAl solid solutions: transition from itinerant metamagnetism to ferromagnetism |
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講師 | Alexander V. Andreev 氏(Institute of Physics, Academy of Sciences, Prague, Czech Republic) |
日時 | 2018年10月3日(水)15:00- |
場所 | 先端物質科学研究科 402N |
要旨 |
UCoAl belongs to a UTX family (T is a late transition metal of 3d, 4d or 5d series, X is a p-metal Al, Ga, In or Sn) with the hexagonal crystal structure of the ZrNiAl type. In magnetic field of 0.7 T applied along the c-axis, UCoAl undergoes a metamagnetic transition to a forced ferromagnetic state [1]. The ground state of UCoAl is paramagnetic [2], so it has to be classified as itinerant metamagnet with uniquely low critical field Hcr of the transition. Due to so low Hcr value, UCoAl is extremely sensitive to any influence like dilution of the U sublattice, external pressure or substitution. When Co is substituted by T = Fe, Ru, Rh and Ir in the UCo1-xTxAl systems, Hcr rapidly decreases and already 1-2% doping stabilizes spontaneous ferromagnetism. Opposite, for T = Ni, Pd and Pt, Hcr increases and paramagnetism is stabilized.
Influence of only one of late d metal, Os, on the metamagnetism in UCoAl was not studied previously due to metallurgical problems (melting temperature of Os exceeds evaporation temperature of Al). Now we solved these problems, prepared UCo1-xOsxAl solid solutions and studied their crystal structure and magnetic properties. Terminal compound UOsAl does not form the ZrNiAl-type structure but hexagonal Laves phase of the MgZn2 type. It is temperature-independent paramagnet, similar to the isostructural compound UFeAl. No field-induced transition is observed in fields up to 60 T. UCo1-xOsxAl solid solutions with x < 0.2 have the ZrNiAl crystal structure. The compound with x = 0.2 has traces (~2%) of an impurity phase, so we consider this Os content as a homogeneity limit. Magnetization measurements performed on single crystals (except for x = 0.2, this alloy was studied on isotropic polycrystal) showed that compounds with x ≥ 0.01 are ferromagnets. Spontaneous moment increases from 0.32 B/f.u. at x = 0.01 to 0.55 B/f.u. at x = 0.20, which is almost twice larger than the magnetic moment induced at the metamagnetic transition in UCoAl. TC increases from 16 K at x = 0.01 to 54 K at x = 0.20. All the compounds within the homogeneity range exhibit strong field and thermal hysteresis. At very low Os content, UCo0.998Os0.002Al, the ground state of the compound is still metamagnetic like in UCoAl. Transition field at 2 K is 0.35 T, which is already as twice as lower than that in UCoAl. Hcr increases with increasing temperature in the same way as in UCoAl. UCo0.995Os0.005Al has almost purely ferromagnetic ground state with small metamagnetic component. It has Ms = 0.3 B and TC = 8 K. The ferromagnetism can be suppressed completely by external hydrostatic pressure of only 0.1 GPa. UCo0.99Os0.01Al is already a pure ferromagnet with TC = 16 K and Ms = 0.32 B. All compounds within the homogeneity range exhibit huge uniaxial magnetic anisotropy. The anisotropy field, defined as the field where the hard-axis curve reaches Ms value (or M just above metamagnetic transition in the case of metamagnets), is at least 120-130 T. [1] A.V. Andreev, R.Z. Levitin, Yu.F.Popov, R.Yu. Yumaguzhin, Sov. Phys. Solid State, 27, 1145 (1985). |
担当 | 石井 勲(先端物質科学研究科) |
第529回 物性セミナー
題目 | Influence of Co substitution in Fe sublattice in RFe5Al7 (R = Dy, Ho) intermetallics |
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講師 | Alexander V. Andreev 氏(Institute of Physics, Academy of Sciences, Prague, Czech Republic) |
日時 | 2018年10月1日(月)15:00- |
場所 | 先端物質科学研究科 402N |
要旨 |
Effects of the Co substitution for Fe on the magnetism of the strongly anisotropic ferrimagnets DyFe5Al7 and HoFe5Al7 (tetragonal crystal structure of the ThMn12-type) are studied using magnetization measurements in static (up to 14 T) and pulsed (up to 58 T) fields at 2-300 K on single-crystalline samples grown in a triarc furnace by modified Czochralski method. Since the Co analogue of RFe5Al7 does not form, the homogeneity range of RFe5-xCoxAl7 is expected to be limited. Solubility limit is found as x = 2.5 for both R = Dy and Ho. Within the homogeneity range the lattice parameter a decreases by ~0.7% whereas the parameter c stays constant. The easy-magnetization direction in all compounds is found to be the [110] axis, the [001] axis is the hardest direction.
In the ground state of DyFe5Al7, the magnetic moment of the Dy sublattice dominates. The spontaneous magnetic moment is 2.1 μB in DyFe5Al7 and increases linearly to 3 μB for x = 2 due to a decrease of the moment of the 3d-metal sublattice. With increasing temperature, a compensation of the Dy and 3d-metal sublattices is observed, above Tcomp the total moment is along the 3d metal sublattice. The Curie temperature TC linearly falls from 231 K for x = 0 to 120 K for x = 2.5. The observed strong decrease of TC with increasing Co content is unexpected because the Co substitution for Fe in 3d-4f intermetallic compounds practically always leads to increase of the magnetic ordering temperatures due to the strengthening of exchange interactions. At the same time, Tcomp = 93 K does not change within the homogeneity range. The compounds display anomalies for magnetic field applied along the easy magnetization direction. Two phase transitions are observed for DyFe5Al7 at the critical fields μ0Hcr1 = 30 T and μ0Hcr2 = 53 T. Both transitions display hysteresis and are of the first order. The pronounced difference between the curves measured for field applied along the [100] and [110] axes reflects a large anisotropy within the basal plane. DyFe4.5Co0.5Al7 also displays two field-induced phase transitions of the first order, μ0Hcr1 is also 30 T, μ0Hcr2 shifts to 43 T. For the compounds with x = 1 and 2, the first-order transitions transform to a wide S-shape curve centered at 35 T. No field-induced transitions are observed along the [100] and [001] axes in all DyFe5-xCoxAl7 compounds. Qualitatively similar results were observed in HoFe5-xCoxAl7 solid solutions: unusual strong decrease of TC (from 216 K for x = 0 to 67 K for x = 2.5) and almost unchanged Tcomp. (65 K - 72 K). Along the easy axis, two first-order field-induced magnetic transitions (at 17 T and 37 T) are observed for HoFe5Al7 and one transition at 27 T for HoFe4CoAl7. The magnetization curve has an S-shape for HoFe3Co2Al7. For HoFe5Al7, we studied substitution of Fe atoms also by Cr ones. In contrast to Co substitution where the number of 3d electrons increases, a substitution of Fe by Cr leads to a smaller number of 3d electrons. Nevertheless, TC also decreases, moreover, very drastically. In HoFe4CrAl7 it is only 22 K. |
担当 | 石井 勲(先端物質科学研究科) |
第528回 物性セミナー
題目 | High-field transitions in Er-Co and Tm-Co intermetallics with high Co content |
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講師 | Alexander V. Andreev 氏(Institute of Physics, Academy of Sciences, Prague, Czech Republic) |
日時 | 2018 年9月28日(金) 15:00- |
場所 | 先端物質科学研究科 402N |
要旨 |
Intermetallic compounds RCo5 (R is a rare-earth metal) have hexagonal crystal structure of the CaCu5 type. Due to lanthanide contraction, the stability of this structure decreases along the R series. The compounds with R = Er and Tm can be obtained only in very fast-cooled samples, moreover, only as a second off-stoichiometric phase in ingots with R2Co17 as a main phase. A partial replacement of Co by Al with a larger atomic radius compensates the effect of lanthanide contraction, and compounds RCo4Al with the CaCu5 crystal structure exist for all rare-earth elements including R = Er and Tm. Therefore, a systematic study of the whole RCo4Al series can be performed.
We studied high-field magnetization (up to 60 T) on single crystals of ErCo4Al and TmCo4Al which can be considered as Al solid solutions in the non-existing compounds ErCo5 and TmCo5. Single crystals were prepared by a modified Czochralski method in triarc furnace in Prague. High-field magnetization was measured in Dresden-Rossendorf High-Field Laboratory. ErCo4Al is a ferrimagnet with TC = 503 K and Ms = 3.6 B/f.u. (at 2 K) directed along the c axis. Magnetic moment of the Co sublattice can be found as 5.4 B from the difference between moment of the Er3+ ion and total Ms. The Er sublattice dominates at low temperatures but weakens with temperature faster than the Co sublattice, so above the compensation point Tcomp = 127 K the total moment is along the Co sublattice. ErCo4Al exhibits two metamagnetic transitions in field applied along the c axis, at 45 and 52 T (at 2 K). Magnetic moment above transitions, 9 B, is equal to MEr, so the transitions can be attributed to demagnetization of the Co sublattice. Therefore, the state is on halfway to the forced ferromagnet and next transitions should occur above 60 T. Ratio between magnetization changes at the transitions, 3:1, shows that at the first transition the Co atoms in the 3g positions are demagnetized and at the second transition - in the 2c positions where one of Co atom is substituted by Al. Critical field of the first transition decreases with increasing temperature and is extrapolated to zero at Tcomp, no transition is observed above this temperature. Second transition is not visible above 40 K. The transitions are accompanied by pronounced magnetostrictive and magnetoelastic effects. No field-induced transitions are observed in the basal plane of the crystal. TmCo4Al is a ferrimagnet with TC = 490 K and Ms = 2.1 B/f.u. (2 K) with, as the Er analogue, uniaxial anisotropy. Below compensation point Tcomp = 87 K the total moment is along the Tm sublattice, above Tcomp along Co. Magnetic moment of the Co sublattice in assumption of collinear antiparallel arrangement of the Tm and Co sublattices can be determined as 5 B. Therefore, the observed magnetic moment 12 B after the metamagnetic transition corresponds to the forced ferromagnetic arrangement of the sublattices (M = MTm+MCo) and no more transitions should be expected in higher fields (in difference with Er analogue). Due to high coercivity at low temperatures (in particular, at Tcomp), a phenomenon of “negative magnetization” is observed in both compounds when the magnetization of the sample, passing through Tcomp, becomes oriented against the applied field. At heating, the magnetization becomes “normal” when the coercive field decreases below value of applied field. The high-field behavior of ErCo4Al and TmCo4Al is discussed in comparison with results on other R-Co intermetallics recently studied on the single crystals (Er2Co17 and Tm2Co17). In these compounds, the total moment in the ground state is along the Co sublattice, not along the R sublattice as in ErCo4Al. |
担当 | 石井 勲(先端物質科学研究科) |
第527回 物性セミナー
題目 | Exotic Magnetic States at High Magnetic Fields |
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講師 | S. Zherlitsyn 氏(Dresden High Magnetic Field Laboratory) |
日時 | 2018年9月19日(水) 15:00- |
場所 | 先端物質科学研究科 302S |
要旨 |
The Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD) is a pulsed-field user facility which provides external and in-house researchers with the possibility to perform a broad range of scientific experiments in pulsed magnetic fields [1]. Two independent, modular capacitor banks deliver energy for ten mono- and dual-coil non-destructive pulsed magnets generating magnetic fields up to 95 T available for a wide variety of advanced experiments.
Application of high magnetic fields allows the investigation, modification and control of different states of matter. Frustrated magnets provide a promising avenue for realizing exotic quantum states of matter. We report on selected high magnetic field studies of low-dimensional and frustrated magnetic materials that have been shown to host a broad range of fascinating new and exotic phases. This includes robust magnetization and magnetostructural plateaus, spin-nematic state, superfluid phases, and supersolidity. Typically, the spin-strain interactions play an important role in these unusual states. Here, we present some recent ultrasound, magnetization, and magnetocaloric results obtained in selected frustrated and low-dimensional spin systems in high magnetic fields [2-3]. We acknowledge support by the HLD at HZDR, member of the European Magnetic Field Laboratory (EMFL) and by the DFG via SFB 1143. [1] http://www.hzdr.de/hld [2] V. Tsurkan et al., Sci. Adv. 3, e1601982 (2017). [3] Zhe Wang et al., Phys. Rev. Lett. 120, 207205 (2018). |
担当 | 鈴木 孝至(先端物質科学研究科) |
第526回 物性セミナー
題目 | 価数量子臨界現象の最近の発展 |
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講師 | 渡辺 真仁 氏 (九州工業大学大学院工学研究院基礎科学研究系) |
日時 | 2018年9月14日(金)16:20- |
場所 | 先端物質科学研究科 405N |
要旨 |
近年, Yb系金属化合物において, これまでよく理解されてきた磁気量子臨界現象に従わない, 非従来型の量子臨界現象が複数発見され, 強相関電子系において大きな問題となっている。最近, Yb系準結晶Yb15Al34Au51が上記と共通の非従来型の量子臨界現象を発現することが発見された。驚くべきことに, この物質は常圧・ゼロ磁場で量子臨界性を発現しており、さらに驚くべきことに, 圧力を1.5GPaかけても臨界性が保たれることが観測された。また、温度Tと磁場Bの比の一つのスケーリングで表されるT/Bスケーリングの振る舞いも観測された。圧力に対してrobustな量子臨界性、およびT/Bスケーリングの振る舞いは、周期結晶-YbAlB4でも観測されている。このような新しいタイプの量子臨界現象を統一的に理解する機構として、Ybの臨界価数ゆらぎの理論が提案されている。最近、-YbAlB4の姉妹物質-YbAl1-xFexB4 (x=0.014)やYbNi3Ga9、および準結晶Yb15(Al1-xGax)34(Au1-yCuy)51において価数転移の臨界点および価数量子臨界性を示唆する実験が報告された。講演では、非従来型の量子臨界現象を統一的に説明する機構として、Ybの臨界価数ゆらぎの理論を紹介し、最近までの理論と実験の発展を議論する。
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担当 | 松村 武(先端物質科学研究科) |
第525回 物性セミナー
題目 | 三元系イッテルビウム化合物の新物質探査 |
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講師 | 大原 繁男 氏(名古屋工業大学大学院工学研究科) |
日時 | 2018年9月14日(金)15:00- |
場所 | 先端物質科学研究科 405N |
要旨 |
希土類元素のイッテルビウム(以下Yb)は、4f閉殻に対して一つ電子が不足した電子配置4f 13(4f –1正孔)を持ち、電子配置が4f 1(4f –1電子)のセリウム(以下Ce)と対称な電子配置を持つ。これまでにCe化合物は数多く合成されており、磁気相互作用(局在性)と近藤効果(遍歴性)が拮抗した量子臨界点近傍の特異な電子状態、例えば重い電子系超伝導などが注目されてきた。Yb化合物においても同様の電子状態が期待されるが、その物質開拓はCeの場合に比べて簡単ではない。その理由として、Ybの蒸気圧が高く合成方法に制約があること、Ceと比べてYbの4f軌道の広がりが狭く混成が単純に原子間距離によらないことなどをあげることができる。 我々は、原材料の蒸発を抑えた物質合成が可能なフラックス法を用いて、三元系Yb化合物探査を行っている。この講演では我々が発見した、重い電子系かつキラルらせん磁性を示すYbNi3Al9、圧力9GPa以上で磁気秩序が誘起される価数揺動物質YbNi3Ga9、極低温の0.3Kで磁気秩序を示す正方晶YbNi2Si3を中心に、派生物質も含め、その磁性や電子状態について紹介する。 これらの研究の多くを広島大学に所属する研究者と共同してすすめており、ここに感謝する。また、日本学術振興会の研究拠点形成事業(A.先端拠点形成型)「スピンキラリティを軸にした先端材料コンソーシアム(広島大学、井上克也)」および科研費 JP16H01073、JP18H04315の助成を得ている。
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担当 | 松村 武(先端物質科学研究科) |
第524回 物性セミナー
題目 | PrV2Al20の磁場誘起の軌道再構成による巨大異方性磁気抵抗効果 |
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講師 | 志村 恭通 氏(広島大学大学院先端物質科学研究科) |
日時 | 2018年8月10日(金) 16:00- |
場所 | 先端物質科学研究科 405N |
要旨 |
電子のもつ軌道モーメントはMn酸化物の超巨大磁気抵抗や鉄系高温超伝導の形成に関与していると考えられており、その輸送特性は興味深い。しかし上述のような遷移金属の場合、原理的にスピンと軌道を分離できないため、軌道の寄与のみを純粋に調べることは難しい。一方、希土類元素Prイオンが立方対称の結晶電場中にあるとき、磁気モーメントを持たずにf電子軌道である多極子の自由度のみを持つ非磁性の基底二重項が実現することがある。 中でも、立方晶PrV2Al20はPrの持つ局在f電子と伝導電子の混成が強い系として注目されている。本系は0.6 - 0.7 Kで多極子秩序を示し、さらに0.05 K以下で重い電子超伝導を示す。この多極子秩序は相転移温度が低く、かつ非磁性であるため、その全容を明らかにするには高磁場と極低温を両立した実験が必要である。 私はPrV2Al20に対して1 K以下の極低温で、最高磁場15 Teslaの磁化測定および、30 Teslaを超える高磁場下での磁気抵抗測定を主に行ってきた。その結果、B ||[100] 、12 Tesla以上でのみ新たな高磁場相が現れることを明らかにした。本講演ではこの高磁場相で観測された、大きく異方的な磁気抵抗効果を中心に議論する。
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担当 | 松村 武(先端物質科学研究科) |
第523回 物性セミナー
題目 | 非エルミート・ゲージ場とアンダーソン局在 |
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講師 | 羽田野 直道 氏(東京大学生産技術研究所) |
日時 | 2018年7月26日(木) 16:30- |
場所 | 先端物質科学研究科 402N |
要旨 |
非エルミート系の研究が世界的に非常に盛んになっていますが、日本国内では長年、様子見状態が続いてきました。ようやく最近になって国内でも若手研究者が台頭してきたものの、残念ながら全体的な研究レベルは世界に立ち後れていると言わざるを得ません。そのような状況を打破すべく、本講演では、まず世界的な非エルミート系の研究の現状を概観します。その後、私が関わった非エルミート系の話題として、非エルミート・ゲージ場とアンダーソン局在について述べます。ランダム系のハミルトニアンに虚数のベクトルポテンシャルを導入すると、アンダーソン局在が壊れると同時に、対応する固有値が複素数に転移します。その仕組みを説明し、主に1次元系における結果を紹介します。
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担当 | 井村 健一郎(先端物質科学研究科) |
第522回 物性セミナー
題目 | Neutron scattering and imaging methods – overview methods and possibilities |
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講師 | Prof. Bjørn C. Hauback (Institute for Energy Technology (IFE), Kjeller, Norway) |
日時 | 2018年7月5日(木) 10:00- |
場所 | 先端物質科学研究科 403N |
要旨 |
Neutron scattering is an important method for characterization of materials. Neutrons have several unique properties: (i) the scattering from light elements is similar to heavy elements in the periodic table; (ii) neutrons have a magnetic moment and unique for characterization of magnetic materials; (iii) neutrons penetrate far into many materials, and thus unique to study bulk properties and easy to use complex sample environments; and (iv) the scattering between neighboring elements and isotopes of same element can be very big. This presentation will cover different advantages of neutron scattering methods, different types of neutron-based instrumentation and examples of applications. IFE is running a reactor, JEEP II, that is used for neutron scattering. The present and coming instrumentation in our upgrade program, NcNeutron – Norwegian Center for Neutron Research (www.ncneutron.no), will be presented.
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担当 | 市川 貴之(工学研究科) |
第521回 物性セミナー
題目 | Ultrafast views of surface photocurrents on topological insulators in momentum space |
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講師 | Prof. Ulrich Höfer (Fachbereich Physik, Philipps-Universitat Marburg, Germany) |
日時 | 2018年5月18日(金) 16:30- |
場所 | 理学研究科 C212 |
要旨 |
The Dirac-cone surface states of 3D topological insulators are characterized by a chiral spin texture in k-space with the electron spin locked to its parallel momentum. Ultrafast laser excitation can induce spin-polarized currents in such a topological surface state either by optical transitions between the occupied and unoccupied part of the Dirac cone or directly by accelerating the electrons in a strong THz field. We monitor the resulting asymmetric electron population in momentum space by time- and angle-resolved photoelectron spectroscopy. I will demonstrate that the surface photocurrents can be controlled on the femtosecond timescale by the strength and the polarization of the excitation pulses. The elastic scattering times of the electrons carrying the current reach values up to 2.5 ps corresponding to mean-fee pathways of 0.75 μm. Our results suggest that topological insulators are a promising platform for a novel, light-wave driven electronics.
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担当 | 木村昭夫(理学研究科) |
第520回 物性セミナー
題目 | Kondo Insulator to Semimetal Transformation Tuned by Spin-Orbit Coupling |
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講師 | Dr. Gaku Eguchi (Institute of Solid State Physics, TU Wien, Austria) |
日時 | 2018年5月17日(木) 16:30- |
場所 | 先端物質科学研究科 405N |
要旨 |
Recent theoretical studies of topologically nontrivial electronic states have pointed to the importance of spin-orbit coupling (SOC) for stabilizing these states. The assertion is held even in Kondo insulators, however, its systematic experimental study remains elusive [1, 2].
Here we present the successful growth of the substitution series Ce3Bi4(Pt1-xPdx)3 (0≤x≤1) of the archetypal noncentrosymmetric Kondo insulator Ce3Bi4Pt3. The Pt-Pd substitution is isostructural, isoelectronic, and isosize. It therefore is likely to leave the Kondo coupling and the chemical potential essentially unchanged. By contrast, the large mass difference between the 5d element Pt and the 4d element Pd leads to a large difference in the SOC, which thus is the dominating tuning parameter in the series. With increasing x we observe a Kondo insulator to semimetal transition, demonstrating an unprecedented drastic influence of the SOC. The fully substituted end compound Ce3Bi4Pd3 show thermodynamic signatures of a recently predicted Weyl-Kondo semimetal. [1] Hsin-Hua Lai et al., PNAS 115, 93-97 (2018).
[2] S. Dzaber et al., Phys. Rev. Lett. 118, 246601 (2017). |
担当 | 木村昭夫(理学研究科) |
第519回 物性セミナー
題目 | 強磁性トポロジカル絶縁体の量子伝導特性 ~量子異常ホール効果におけるセミサークル則~ |
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講師 | 川村 稔 氏 (理化学研究所 CEMS) |
日時 | 2018年4月23日(月) 14:30- |
場所 | 先端物質科学研究科 401N |
要旨 |
ビスマスなどの質量数の大きい元素を含む物質では、伝導電子のスピン自由度と軌道運動が結合するスピン・軌道相互作用の影響が無視できない。トポロジカル絶縁体は、巨大なスピン・軌道相互作用のためにバンド反転が生じ、試料内部のバルク状態が絶縁体であるにも関わらず試料表面に線形分散をもったディラック電子系を有する物質群のことである。トポロジカル絶縁体表面のディラック電子系の存在は系の時間反転対称性に密接に関係しており、磁性元素の添加によって時間反転対称性を破ることで表面状態にエネルギーギャップを開くことができる。このことは、磁性トポロジカル絶縁体の磁化を制御することによって、表面状態のエネルギーギャップの開閉し、電気伝導度の制御が可能であることを示唆している。
表面状態のエネルギーギャップによって引き起こされる顕著な現象の一つに量子異常ホール効果がある。量子異常ホール効果は、磁性元素であるCr をドープした強磁性トポロジカル絶縁体Crx(Bi, Sb)2-xTe3 薄膜において観測されている[1]。量子異常ホール状態では、試料側面に流れる1次元のカイラル端状態によってホール電流が流れ、縦抵抗がゼロになると同時にホール抵抗がh/e2に量子化する。我々は、磁気ヘテロ構造膜の磁化方向を反平行磁化配置に制御することで、全ての表面状態でエネルギーギャップを開け、完全な絶縁体状態を実現した[2,3]。また、外部磁場を用いて磁化を回転することによっても、金属-絶縁体転移を観測した[4]。本講演では、これらの最新の研究成果を紹介しながら、磁性トポロジカル絶縁体における磁性と電気伝導の関連について議論する。 [1] C. -Z. Chang et al., Science 340, 167 (2013).
[2] M. Mogi et al., Nature Mat. 10, 516 (2017). [3] M. Mogi et al., Science Adv. 3 (2017). [4] 川村他 日本物理学会第73 回年次大会 22aB101-4 (2018). |
担当 | 井村健一郎(先端物質科学研究科) |