利用報告書 / User's Reports

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【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23MS1017

利用課題名 / Title

新しいキラル磁性体の磁気物性

利用した実施機関 / Support Institute

自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions

キーワード / Keywords

キラル磁性,スピン位相整列,スピントロニクス,トロイダルオーダー


利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

井上 克也

所属名 / Affiliation

広島大学大学院先進理工系科学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

土屋直人,Nguyen DongThanh Truc,加藤 結希,Munegowda Shashanka H

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

MS-216：電子スピン共鳴（E500）
MS-218：SQUID（MPMS-7）
MS-219：SQUID（MPMS-XL7）
MS-220：SQUID (MPMS3 DC)


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

キラル磁性体では、結晶の持つキラリティが化学結合や空間的接触が原子の軌道角運動量を歪ませ、スピン軌道角運動量カップリングを通して、スピン間反対称相互作用（DM相互作用）がはたらくことによりスピンシステムにキラリティが転送される。その結果、マクロスケールスピン位相整列が起こる。この状態は、磁場中などではソリトンやスキルミオンなどのスピン位相欠陥を生み出す。この位相欠陥はトポロジカルに保護されているため消滅することはないが遍歴電子や表面磁気異方性などから影響を受けひずみを生じる。ひずみの少ない位相欠陥は絶縁体キラル磁性体が必要である。ひずみの少ないスピン位相欠陥は大きなトロイダルモーメントを生じる可能性がある。絶縁体キラル磁性体中のスピン位相欠陥、トロイダルモーメントの磁気的物性評価を行うことを目的とした。

実験 / Experimental

高次元の絶縁体キラル磁性体遷移金属ギ酸塩および、キラル三角格子磁性体CsCuCl3の単結晶を用いた直流磁化率、交流磁化率の測定を様々な結晶磁気に対して行うとともに、非線形磁化率の観測を行った。また磁気構造のみクロ情報を得るためESR測定を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

図1に示すように、単結晶CsCucl3 ESR測定では、キラルヘリカル軸に垂直方向（H / C）で高磁場側で異常が見られた。この異常は、反強磁性キラルソリトン相によるものと思われる。
図２に示すように、Cs0.75[Fe(HCOO)3]単結晶のｄｃ磁化測定では、１８Ｋ付近に反強磁性オーダーと思われるピークが見られ、転移点以下で不明な磁気構造再配列が見られた。
図３に示すように、P6322空間群に属するCs[Mn(HCOO)3]単結晶のキラルヘリカル軸（ｃ軸）に垂直方向のＡｃ磁化率測定では、反強磁性キラルソリトン相から傾角反強磁性層への転移と思われる異常が見られた。（参考：“Magnetic Phase Diagram and Chiral Soliton Phase of Chiral Antiferromagnet [NH4][Mn(HCOO)3]“, Yoji Ichiraku, Rikuho Takeda, Seiya Shimono, Masaki Mito, Yoshiki Kubota, Katsuya Inoue, Yusuke Kato, J. Phys. Soc. Jpn., 88, 094710 (2019)）

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


図1：単結晶CsCuCl3単結晶の X-BAND　ESR。上：c軸（らせん軸）に垂直、下図：ｃ軸に平行。



図2：Cs0.75[Fe(HCOO)3]単結晶のｄｃ磁化の温度変化。a軸並行。空間群はP213。



図3：P6322空間群に属するCs[Mn(HCOO)3]単結晶のキラルヘリカル軸（ｃ軸）に垂直方向のＡｃ磁化率の温度変化。磁気転移温度７．５K以下で磁気異常が見られる。


その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

【2022年度投稿論文】
“New (αβγ)-incommensurate magnetic phase discovered in the MnCr2O4 spinel at low temperatures” M. Pardo-Sainz, A. Toshima, G. André, J. Basbus, G. J. Cuello, V. Laliena, T. Honda, T. Otomo, K. Inoue, Y. Hosokoshi, Y. Kousaka, and J. Campo, Phys. Rev. B 107, 144401 – Accepted 20 March 2023, Published 3 April 2023

【2022年度発表】
井上克也， "スピンキラリティーとその周辺研究", "Spin Chirality and Related Research,", Molecular Chirality 2023, June 15-16, 2022, 札幌 (MC Award受賞，受賞記念講演Award Lecture , 2023.06.15）
井上克也， "スピンキラリティーとその周辺研究", "Spin Chirality and Related Research,", Molecular Chirality 2023, June 15-16, 2022, 札幌 (MC Award受賞，受賞記念講演Award Lecture , 2023.06.15）

受賞等
 【MC Award2023受賞】※授賞式および受賞記念講演（Molecular Chirality 2023，札幌）, 2023年6月 〇井上克也， ""スピンキラリティーとその周辺研究"", ""Spin Chirality and Related Research"", Molecular Chirality 2023, June 15-16, 2022, 札幌 (MC Award受賞，受賞記念講演Award Lecture , 2023.06.15）"

 【Best Poster Presentation Award受賞】, 2023年6月 〇Nguyen Dong Thanh Truc, Goulven Cosquer, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue, ""傾斜磁場中で観察された有機金属骨格キラル反強磁性体Cs[Mn(HCOO)3]のソリトン様磁気特性"", Molecular Chirality 2023, June 15-16, 2022, 札幌 (2023.06.15）"

【2023年度論文：DOIが認識されないため「その他」へ記載】
“HBT signature for clustered substructures probing primordial inhomogeneity in hot and dense QCD matter” Kenji Fukushima, Yoshimasa Hidaka, Katsuya Inoue, Kenta Shigaki, Yorito Yamaguchi, arXiv:2306.17619, 30 Jun 2023 DOI: 10.48550/arXiv.2306.17619


成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
  1. Yin Qian, Near-Room-Temperature Transformations in Redox-Active and Superionic Conducting Ion-Plastic Crystals, Chemistry of Materials, 36, 1273-1278(2024).
    DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c02267
  2. Jun Manabe, Irreversible Structural Phase Transition in [(9‐triptycylammonium) ([18]crown‐6)][Ni(dmit)2]: Origin and Effects on Electrical and Magnetic Properties, European Journal of Inorganic Chemistry, 26, (2023).
    DOI: 10.1002/ejic.202300449
  3. Jun Manabe, Front Cover: Irreversible Structural Phase Transition in [(9‐triptycylammonium) ([18]crown‐6)][Ni(dmit)2]: Origin and Effects on Electrical and Magnetic Properties (Eur. J. Inorg. Chem. 34/2023), European Journal of Inorganic Chemistry, 26, (2023).
    DOI: 10.1002/ejic.202300625
  4. M. Pardo-Sainz, New ( αβγ )-incommensurate magnetic phase discovered in the MnCr2O4 spinel at low temperatures, Physical Review B, 107, (2023).
    DOI: 10.1103/PhysRevB.107.144401
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. Katsuya INOUE, "Chirality and Topology of Spin System", the 8th International Conference on Superconductivity and Magnetism- ICSM2023, Liberty Lykia Hotel Fethiye-Oludeniz, Türkiye（2023.05.6）
  2. Katsuya INOUE, "A brilliant scientist, Victor Ovcharenko", Katsuya INOUE, X International conference "HIGH-SPIN MOLECULES AND MOLECULAR MAGNETS"（MolMag-2023）, July 9-14, 2023, Novosibirsk, Russia (Invited, 2023.07.11）
  3. Keisuke Sugiura，Goulven Cosquer, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue, "Development of single molecule magnets with a triangular spin structure and toroidal moment" ，NaBIC2023（The 20th Nano Bio Info Chemistry Symposium），Reception Hall, Hiroshima University Faculty Club in Higashi-Hiroshima Campus of Hiroshima University（Higashi-Hiroshima），2023.12.08
  4. Kumiko Nanamori，Goulven Cosquer, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue, "Magnetic properties of Ni6Dy3 SMM induced by pH changes" ，NaBIC2023（The 20th Nano Bio Info Chemistry Symposium），Reception Hall, Hiroshima University Faculty Club in Higashi-Hiroshima Campus of Hiroshima University（Higashi-Hiroshima），2023.12.08
  5. Nguyen Dong Thanh Truc，Goulven Cosquer, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue, "Static and dynamic properties of bimerons in two-dimensional chiral magnets" ，NaBIC2023（The 20th Nano Bio Info Chemistry Symposium），Reception Hall, Hiroshima University Faculty Club in Higashi-Hiroshima Campus of Hiroshima University（Higashi-Hiroshima），2023.12.09
  6. Katsuya Inoue， "Chiral Materials Science Derived from Spin Chirality Research " ，MRM2023，Kyoto International Conference Center（Kyoto, Japan），2023.12.15
  7. Truc Dong Thanh Nguyen, Goulven Cosquer, Katsuya Inoue， "Magnetic Properties and Time-dependence Study on a Novel Chiral Magnet of Metal-organic Framework: Cs0.75Fe(HCOO)3 " ，MRM2023，Kyoto International Conference Center（Kyoto, Japan），2023.12.13
  8. Katsuya Inoue, "Tutorial: Chiral Science", KCM2 2023 Winter School (2024.1.2) , The hybrid lectures will be held in VBL 204, Higashi-Hiroshima Campus of HU, Japan (Oral)
  9. Katsuya Inoue, "Research Overview: Spin chirality", SKCM2 2023 Winter School (2024.1.3) , The hybrid lectures will be held in VBL 204, Higashi-Hiroshima Campus of HU, Japan (Oral)
  10. Katsuya Inoue, "Macroscopic spin phase order in chiral magnets", 2024 SKCM2 Spring Symposium (2024.03.08) , Nara Kasugano International Forum – IRAKA (Annnex), Nara, Japan (Oral)
  11. 二本木 克旭, 木田 孝則, 山本 大輔, 鳴海 康雄, Julien Zaccaro, 高阪 勇輔, 井上 克也, 上床 美也, 金道 浩一, 萩原 政幸, "三角格子反強磁性体CsCuCl3の圧力誘起Y量子相の磁場依存性"，日本物理学会第78回年次大会（2023年）, 2023.9.16-19, 東北大学（青葉山キャンパス, 川内キャンパス）, (口頭発表, 2023.09.16）
  12. 井上 克也, "キラル磁性体の研究と今後の研究課題"，キラル国際研究拠点(CResCent)・量子ビーム連携ミニワークショップ「機能性材料研究会」, 2023年10月6日(金) – 7日(土), 広島大学きてみんさいラボ（広島市南区松原町2-62 広島JPビルディング内2階）, (口頭発表, 2023.10.07）
  13. 鳴海康雄, 三川基, 二本木克旭, 木田孝則, 浅野貴行, 光藤誠太郎, 仲川晃平,山本大輔, Julien Zaccaro, 高阪 勇輔, 井上 克也, 上床 美也, 千星聡, 合田翔, 平岡奈緒香, 北川健太郎, 高木英典, 金道 浩一, 萩原 政幸, "阪大先端強磁場における複合極限環境の研究開発"，強磁場科学研究会「強磁場研究における次世代ネットワーク形成とサイエンスの新展開」, 2023.12.7-8, 東北大学金属材料研究所（片平キャンパス）, (口頭発表, 2023.12.07）
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件

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