強相関量子構造研究グループ

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研究室概要
メンバー一覧
主要論文
研究紹介記事

主宰者

主宰者名

有馬孝尚 Takahisa Arima

学位

博士（理学）

役職

グループディレクター

略歴

1988	東レ株式会社
1991	東京大学理学部助手
1994	東京大学博士（理学）取得
1995	東京大学工学系研究科助手
1995	筑波大学物質工学系助教授
2001	ERATO十倉スピン超構造プロジェクトグループリーダー（-2006）
2004	東北大学多元物質科学研究所教授
2011	東京大学新領域創成科学研究科教授（現職）
2007	理化学研究所放射光科学総合研究センター量子秩序研究グループスピン秩序研究チームチームリーダー
2013	理化学研究所創発物性科学研究センター強相関物理部門強相関量子構造研究チームチームリーダー
2023	理化学研究所創発物性科学研究センター副センター長
2023	理化学研究所創発物性科学研究センター強相関量子構造研究グループグループディレクター（現職）
2024	理化学研究所創発物性科学研究センターセンター長（現職）

研究室概要

当チームは、強相関電子系物質における様々な創発物性の起源を原子レベルで明らかにする構造物性研究を行う。強相関電子系物質を舞台としたエネルギーや情報の変換には、物質中の原子、電子密度、電子スピン密度の空間分布と時間・空間の４次元空間における揺らぎが密接に関連している。これらの情報を得るために、単結晶、粉末、デバイスなどのさまざまな形態の試料に対して、主に放射光Ｘ線・中性子・高エネルギー電子などの量子ビームを用いた各種の散乱・分光・イメージングの手法による研究を行う。さらに、必要に応じて、新たな測定手法の開発や、測定の高度化も行う。

研究分野

材料科学、物理学

キーワード

Ｘ線散乱
中性子散乱
電子線回折
構造物性
イメージング

研究紹介

マルチフェロイクY型六方晶フェライトのスピン起源強誘電性と電気マグノン

Y型六方晶フェライトは、スピネル型フェライトのブロック層と六方ペロブスカイト型フェライトのブロック層を交互に積層した構造を有し、各ブロックの磁気異方性やブロック間の実効的な磁気相互作用は組成に依存する。その結果、温度と磁場をパラメータとして、様々な磁気秩序が出現する。特に、横滑り型の円錐磁性と二重ファン磁性の二種類の磁気秩序が逆ジャロシンスキー守谷型の機構によって電気分極を併せ持つことが予想される。我々は、BaSrCo₂Fe₁₁AlO₂₂の磁化、電気分極、スピン偏極中性子散乱を測定し、ゼロ磁場条件で冷却した場合は交替型縦滑り円錐磁性が生じるものの、低温でc軸に垂直な方向に一度磁場を印加して再度ゼロ磁場にした場合は、二重ファン磁性が現れることを見出した。それに伴ってc軸とも磁場とも垂直な方向に電気分極が現れる。この電気分極は磁場を正負に掃引することによって繰り返し反転することができる。また、スピン偏極中性子非弾性散乱の測定により、二重ファン磁性相と交替型縦滑り円錐磁性相の双方で、テラヘルツ振動電場によるスピン波の励起（電気マグノン）が予測される。

Y型六方晶フェライトBaSrCo₂Fe₁₁AlO₂₂における磁場誘起電気分極反転と磁気秩序の変化

メンバー一覧

有馬孝尚 Takahisa Arima	グループディレクター	takahisa.arima[at]riken.jp
Kamini Gautam	特別研究員
加倉井和久 Kazuhisa Kakurai	客員主管研究員
山﨑裕一 Yuichi Yamasaki	客員主管研究員
澤博 Hiroshi Sawa	客員研究員
佐賀山基 Hajime Sagayama	客員研究員
中島多朗 Taro Nakajima	客員研究員
車地崇 Takashi Kurumaji	客員研究員
鬼頭俊介 Shunsuke Kito	客員研究員
厳正輝 Masaki Gen	客員研究員

主要論文

M. Gen, H. Ishikawa, A. Miyake, T. Yajima, H. O. Jeschke, H. Sagayama, A. Ikeda, Y. H. Matsuda, K. Kindo, M. Tokunaga, Y. Kohama, T. Kurumaji, Y. Tokunaga, T. Arima

Breathing pyrochlore magnet CuGaCr₄S₈: Magnetic, thermodynamic, and dielectric properties

Phys. Rev. Mater. 7, 104404 (2023)
S. Kitou, M. Gen, Y. Nakamura, K. Sugimoto, Y. Tokunaga, S. Ishiwata, and T.-h. Arima

Real-Space Observation of Ligand Hole State in Cubic Perovskite SrFeO₃

Adv. Sci. 10, 2302839 (2023)
T. Nakajima, T. Oda, M. Hino, H. Endo, K. Ohishi, K. Kakurai, A. Kikkawa, Y. Taguchi, Y. Tokura, T. Arima

Crystallization of magnetic skyrmions in MnSi investigated by neutron spin echo spectroscopy

Phys. Rev. Research 2, 043393 (2020)
V. Ukleev, Y. Yamasaki, O. Utesov, K. Shibata, N. Kanazawa, N. Jaouen, H. Nakao, Y. Tokura, and T.-h. Arima

Metastable solitonic states in the strained itinerant helimagnet FeGe

Phys. Rev. B 102, 014416 (2020)
S. Gao, D. Hirai, H. Sagayama, H. Ohsumi, Z. Hiroi, and T.-h. Arima

Antiferromagnetic long-range order in the 5d¹ double-perovskite Sr₂MgReO₆

Phys. Rev. B 101, 220412 (2020)

研究紹介記事

2018年04月20日 Electrical pulses shift the boundaries between magnetic patterns

Electricity can be used to control magnetic patterns in an alloy, opening up the possibility of using them in high-performance devices
2018年02月23日 Chiral magnets show bulk diode effect due to spin fluctuation

Materials with left- and right-handed responses to current exhibit an intriguing diode effect
2017年06月10日 A skyrmion square dance

Applying a magnetic field can switch a grid of magnetic vortices between triangular and square arrangements
2015年07月03日 A surprisingly simple magnetic flip

A simple technique makes it possible to control the spin directions of ‘magnetic twins’ hiding inside metallic crystals
2015年05月18日 Flicking the switch on spin-driven devices

Compressing magnetically and electrically active crystals in one direction unlocks exotic spintronic switching activity
2013年11月05日 SPring-8でスピンを見て、物質の新しい機能を引き出す

電力をほとんど使わない大容量メモリーや超高速コンピュータ、高効率の太陽電池や熱電変換材料……、持続可能な社会に向けたそれらのグリーンイノベーションを実現するには、物質の新しい機能を引き出す必要がある。