40T超の世界最高磁場で中性子回折でマルチフェロ物質の磁気構造を決定;
Dertermination of Magnetic Structure of a Multi-ferroic in magnetic fields above 40 T by Neutron Diffraction
強磁場中で逐次相転移を示すマルチフェロ物質の磁気構造を40Tを超えるパルス磁場中性子回折実験により決定しました。

Magnetic structures and quadratic magnetoelectric effect in LiNiPO4　beyond 30 T, Phys. Rev. B 101 (2020) 022403

多重極限下のESRにより三角格子の量子相転を実現;
Pressure-tuning of the quantum spin Hamiltonian of the triangular lattice antiferromagnet Cs2CuCl4 is found by 25 T ESR
高圧力と金研の25T無冷媒超伝導磁石を組み合わせて多重極限下のESRにより三角格子の量子相転を実現しました。

Pressure-tuning the quantum spin Hamiltonian of the triangular lattice antiferromagnet Cs2CuCl4 Nature Comm. 10 (2019)10643

アンダードープYBCOのCDW相図における量子臨界点;
The onset of the CDW ground state lies inside the zero-field superconducting dome, and broken translational symmetry is associated with the putative QCP
アンダードープYBCOのCDWの起点は超伝導ドームの中にある量子臨界点に端を発することを確認しました。

Coincident onset of charge-density-wave order at a quantum critical point in underdoped YBa2Cu3Ox Phys. Rev. B 97, 224513

質量がゼロの電子がしめす新規なスピンのゆらぎを発見
Anomalous Spin Correlations and Excitonic Instability of Interacting 2D Weyl Fermions
通常の金属では見られない電子スピンの新規なゆらぎを観測し、理論計算との比較から、これが自発的な質量獲得機構の一つであるエキシトン転移の前駆的なゆらぎであることを解明しました。

Anomalous Spin Correlations and Excitonic Instability of Interacting 2D Weyl Fermions, Science 358, 1403 (2017)

真空の複屈折の探索
Searching Birefringence of Vacuum
東京大学の研究グループと共同が行っている真空の複屈折検証実験に協力しています。

The OVAL Experiment: a New Experiment to Measure Vacuum Magnetic Birefringence Using High Repetition Pulsed Magnets, Eur. Phys. J. D 71, 308 (2017)

Gdのカゴ状物質の磁性と構造
Giant Gd High Symmetric Cages
等方的なGdからなる対称性の高いカゴ状物資の磁性と構造を、低温の磁化過程により決定しました。

Topological Self-Assembly of Highly Symmetric Lanthanide Clusters: A Magnetic Study of Exchange-Coupling “Fingerprints” in Giant Gadolinium(III) Cages, J. Am. Chem. Soc. 139, 16405 (2017)

隠された３角格子とハニカム格子を磁気励起で抽出
Finding two types of lattices by ESR
東京工業大学と共同して、１つの物質の中に内包された３角格子とハニカム格子の振る舞いを、それぞれに特徴的な磁気励起をESRで観測することで確立しました。

Collective and Local Excitations in Ba₂CoTeO₆: A Composite System of a Spin-1/2 Triangular-Lattice Heisenberg Antiferromagnet and a Honeycomb-Lattice J1 - J2 Ising Antiferromagnet, Phys.Rev.B 96, 064419(2017)

強磁場で未知粒子Axionを探索
Search for Axionlike Particles Using Pulsed Magnets
東京大学の研究グループと共同で、放射光とパルス強磁場を組み合わせて、light shining through a wall法によるAxion探索を行い存在範囲を因子5.2狭めました。

Search for Two-Photon Interaction with Axionlike Particles Using High-Repetition Pulsed Magnets and Synchrotron X Rays, Phys.Rev.Lett. 118, 071803 (2017)

マルチフェロLiNiPO₄の強磁場中性子回折
Field-induced Reentrant Magnetoelectric Phase in LiNiPO₄
多段のメタマグ転移を示すLiNiPO₄において、パルス磁場白色ラウエ法中性子回折により、磁場誘起非整合-整合転移と整合相における異方性誘起の強誘電性を示しました。

Field-Induced Reentrant Magnetoelectric Phase in LiNiPO₄, Phys.Rev.B 95, 064421 (2017)

YBCOにおいて異方的強磁場3次元CDW相を発見
Ideal CDW of YBCO in High Magnetic Fields
パルス強磁場とXFELを組み合わせて、高温超伝導体YBCOの強磁場相において、異方的な3次元的電荷密度波相の存在を確立しました。

Ideal Charge-Density-Wave Order in the High-Field State of Superconducting YBCO, Pro. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 113, 14645 (2016)

Eu化合物の価数転移-40T強磁場XASおよびXMCDにより磁化を決定
40 T Soft X-ray Spectroscopies on Magnetic-Field-Induced Valence Transition in Eu(Rh_1−xIr_x)₂Si₂ (x = 0.3)
価数揺動物質Eu(Rh_1−xIr_x)₂Si₂ (x = 0.3)における磁場誘起価数転移において、価数と価数毎の磁化を40T強磁場XASおよびXMCDにより決定しました。

40 T Soft X-ray Spectroscopies on Magnetic-Field-Induced Valence Transition in Eu(Rh_1−xIr_x)₂Si₂ (x = 0.3), J. Phys. Soc. Jpn. 86, 054706 (2017)

S=3分子の一軸異方性基底状態を決定
Trigonal Bipyramid Ni₃Cl₃O₂ Cluster Showing the High-Spin S = 3 Ground State with Uniaxial Magnetic Anisotropy
S=3Niクラスターの基底状態の異方性をESRと磁化過程により明らかにしました。BCSJ Awardを受賞!

Trigonal Bipyramid Ni₃Cl₃O₂ Cluster Showing the High-Spin S = 3 Ground State with Uniaxial Magnetic Anisotropy, Bull. Chem. Soc. Jpn. 89, 26 (2016)

Gd錯体において巨大な交換磁気結合を実現
Giant Exchange Coupling Evidenced with a Magnetization Jump at 52 T for a Gadolinium-Nitroxide Chelate
窒化物キレート構造により、Gd錯体において巨大な交換結合を実現しました。交換相互作用の強さや異方性を強磁場磁化とESRにより決定しました。

Giant Exchange Coupling Evidenced with a Magnetization Jump at 52 T for a Gadolinium-Nitroxide Chelate, Inorg. Chem. 56, 3310 (2017)

ウラン化合物の強磁場スピン密度波相を発見
Discovery of spin density wave like state in URu₂Si₂
ウラン化合物 URu₂Si₂ の隠れた秩序に近接する強磁場中の磁気相がスピン密度波を形成していることを世界で初めて発見しました。

Field-Induced Spin-Density Wave beyond Hidden Order in URu₂Si₂, Nature Communications 7, 13075 (2016)

高温超伝導体の電荷秩序における3次元性を発見
Discover a New Dimension to High-temperature Superconductivity
東北大学が開発した強力なパルス強磁場と地上で最強のX線光源の一つであるX線自由電子レーザーを組合せて、高温超伝導体における重要な謎として知られている

電子が局在して作る電荷の波が、3次元性を持つことを発見しました。
Three-dimensional Charge Density Wave Order in YBa₂Cu₃O_6.67 at High Magnetic Fields, Science 350, 949(2015)

New tabletop instrument tests electron mobility for next-generation electronics
New tabletop instrument tests electron mobility for next-generation electronics
東北大学が開発し、英国マンチェスターパルスマグネットを使用し実験した成果がApplied Physics Lettersに掲載されました。

Terahertz Cyclotron Resonance Spectroscopy of an AlGaN/GaN Heterostructure Using a High-Field Pulsed Magnet and an Asynchronous Optical Sampling Technique, Appl. Phys. Lett. 108, 212101(2016)

LuFe₂O₄の価数選択磁化
Valence-Specific Magnetization of the Charge-Ordered Multiferroelectric LuFe₂O₄
世界で唯一30テスラ以上の磁場発生が可能な超強磁場軟Ｘ線分光装置により、電荷秩序型磁性誘電体LuFe₂O₄の価数選択磁化測定をSPring-8のBL25SUに

おいて測定し、鉄の2価と3価それぞれの磁化が、電荷秩序および自発電気分極の生じる温度を境に反転することを見いだしました。これは、この物質におけるスピンと電荷の結合による電気磁気相関の存在示す結果で、Physical Review B誌Editors’ Suggentionに選ばれました。
Valence-Specific Magnetization of the Charge-Ordered Multiferroelectric LuFe₂O₄ using Soft X-ray Magnetic Circular Dichroism under 30 T Pulsed High Magnetic Fields, Phys. Rev. B 91, 014410 (2015)

S=45の巨大スピンをもつカゴ状磁性分子Fe₄₂
A Ferromagnetically Coupled Fe₄₂ Cyanide-bridged Nanocage
鉄原子42個から構成され、Feの原子磁石の間に磁極の向きを揃えるような強磁性相互作用が働くナノクラスター分子において、1分子がもつことのできる磁石の大きさの世界記録（90ボーア）を樹立しました。さらにES

RとX線磁気円二色性分光により、強磁性相関の起源と異方性について明らかにしました。 A Ferromagnetically Coupled Fe₄₂ Cyanide-bridged Nanocage, Nat. Commun. 6, 5955(2015)

ほぼ完全なフラストレーション状態のモデル物質の解析に成功
ESR Study of Almost Perfect Frustration Compound
東工大の田中グループが合成した新規Co化合物Ba₂CoSi₂O₆Cl₂の研究において、高性能のテラヘルツ

ESR装置により、解析の要となるCoのg因子を決定する事で大きく貢献し、同物質が強い相互作用を持ちながら励起が局在化する"ほぼ完全なフラストレーション状態"のモデル物質であることが明らかになりました。J. Phys. Soc. Jpn. Papers of Editors’Choice.
Almost Perfect Frustration in the Dimer Magnet Ba₂CoSi₂O₆Cl₂, J. Phys. Soc. Jpn. 83, 103701 (2014)

テーブルトップパルス磁場によるTHz-TDS
Rapid Scan THz-TDS in the Table Top Pulsed Magnet
高速スキャン型のTHz-TDS分光器とテーブルトップパルス磁場を組み合わせて、超強磁場THz分光実験を実証しました。実証試験では、GaAs２次元電子ガスのサイクロン共鳴やn-InSbの磁気プラズマ吸収の観測に成功

しました。
Rapid Scanning Terahertz Time-Domain Magnetospectroscopy with a Table-Top Repetitive Pulsed Magnet, Applied Optics 53, 5850 (2014)

強磁場装置をManchester大学へ輸出
Exporting the Capacitor Bank to Manchester University
我々が開発して来たコンパクトパルス磁場装置が、英国Manchester大学Photon Science Instituteへ東北大学のMTA制度を利用して有償で輸出されました。同装置

は、Graham博士により新方式のTHz ESR装置の開発に利用されています。 Single-Shot Terahertz Magneto-Spectrometer, Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz), 39th International Conference on (2014)

卓上小型パルス強磁場分光において1ピコ秒の時間分解能を達成
Rice Advanced Magnet with Broadband Optics
東北大学とライス大学は共同で、30テスラの強磁場・低温で分光測定が行える卓上型パルス磁場発生装置を開発しました。磁石の小型化により可能になった直接光学

系を採用することで、高波長分解能の分光測定が、従来より1桁高い1ピコ秒の時間分解能で行えるようになりました。成果論文は、RSIの2014年アクセスTop10論文となっています。
A Table-top, Repetitive Pulsed Magnet for Nonlinear and Ultrafast Spectroscopy in High Magnetic Fields up to 30 T, Rev. Sci. Instrum. 84, 123906 (2013)

U(Ru_0.96Rh_0.04)₂Si₂の量子相転移
Magnetic Structure of U(Ru_0.96Rh_0.04)₂Si₂ in Ph.II
当研究室が世界に先駆けて開発した独自のパルス強磁場中性子回折装置を用いて、強相関物質の代表例である化合物URu₂Si₂において30年以上前に見いだされた磁場誘起量子相の磁気構造の１つを直接決定する事に成功し、長年の謎に解答をもたらしました。今回、Rhドー

プで安定化されるPhase IIの波数が (2/3 0 0)であることが30 Tまでの中性子回折により確定しました。この波数は、磁気分散に現れる非整合な極小点である(0.6 0 0)に近く、この系で複数の波数の相関が競合していることを示します。
Magnetic Structure of Phase II in U(Ru_0.96Rh_0.04)₂Si₂ Determined by Neutron Diffraction under Pulsed High Magnetic Fields, Phys. Rev. Lett. 110, 216406

ESRによる三角格子固有の磁気励起の観測
ESR on Magnetic Excitation in TLA
三角格子反強磁性体Ba₃CoSb₂O₉は、Coが等方的なg値をもつ層状物質です。この物質のESRにおいて三角格子に特徴的なESRモードが見いだされました。モードの1/3磁化プラトーにおける交替も見いだされ、ESRの強磁場中の磁気励起測定への有用性が示されました。

Magnetization Process and Collective Excitations in the S=1/2 Triangular-Lattice Heisenberg Antiferromagnet Ba₃CoSb₂O₉, Phys. Rev. Lett. 110, 267201

磁界制御による新しいスピン素子の機能実証
Adiabatic Switching of Exchange Bias
磁気ヘッド等に利用される反強磁性―強磁性積層磁気多層膜は、界面の磁気結合により、交換磁気異方性を発現します。今回、数原子層の磁気特性を超高感度に検出するXMCDと反強磁性相互作用に打ち勝つ超強磁場を

発生するパルス法で、交換磁気異方性の等温反転を実証しました。このプロセスを利用出来れば、従来２つの独立な素子で行っている演算と記録を集約する新しいスピンエレクトロニクスデバイスが可能になります。また、レアメタルIrを含まない、Cr酸化物（Cr₂O₃）で機能を実証できたことは、元素の有効利用に貢献します。
Isothermal Switching of Perpendicular Exchange Bias by Pulsed High Magnetic Field, Appl. Phys. Lett. 100, 262413 (2012)

鉄ヒ素系超伝導体の強磁場Ｘ線回折
X-ray Diffraction in Pulsed Fields on Fe-As S.C.
鉄ヒ素系超伝導体では、ab面内の強い異方性が知られています。アンダードープBa.Fe(_1-xCo_x)₂As₂の双晶の磁場ー温度変化に関するパルス磁場下Ｘ線回折により、双晶の単一ドメイン化の異方性が見出されました。この異方性は構造相転移以下で出現し、超伝導相では

30 Tでも単一ドメイン化出来ないことが見出されました。これらは、系の電子状態の異方性を示す重要な結果です。
Susceptibility Anisotropy in an Iron Arsenide Superconductor Revealed by X-Ray Diffraction in Pulsed Magnetic Fields, Phys. Rev. Lett. 109, 027004

スピンチューブの比熱-Ising励起とギャップレス励起
Heat Capacity Reveals the Physics of Spin Tube
３角リングを１次元に結合したスピンチューブは、桁方向に周期的境界条件をもつ梯子格子で、スピンとカイラリティの自由度のために、多様な物性を示します。

稀釈冷凍機を用いた比熱測定により、ギャップを有するIsing的な励起とギャップレス励起の２つの励起が見いだされ、スピンチューブ固有の振る舞いが示されました。
Heat Capacity Reveals the Physics of a Frustrated Spin Tube, Phys. Rev. Lett. 105, 037206

4f-3dヘテロメタル系の交換相互作用の化学的傾向
A Chemical Trend of the Exchange Interaction
磁気相互作用が磁性イオンの原子番号でどのように変わるのかは、新しい分子磁性体の設計に有用です。THz-ESRと磁化過程を組み合わせることにより、低温での

有効模型から交換相互作用を迅速、正確に求める方法を開発し、[Ln₂Cu₂]_n系において軽希土類と重希土類で符合反転する明確な化学的系統性が得られました。
Exchange Couplings in One-Dimensionally Arrayed 4f−3d Heterometallic [Ln₂Cu₂]_n Compounds: A Chemical Trend of the Coupling Parameter, Polyhedron, 30 (2011) 3121.

マルチフェロイックMnWO₄の強磁場相の中性子回折
Neutron Laue Diffraction on Multiferroic MnWO₄
MnWO₄は磁場誘起リエントラント転移を示すマルチフェロイック物質ですが、強磁場相の磁気構造は決まっていませんでした。オークリッジ研究所SNSにおいて、

パルス強磁場下で白色ラウエ法の中性子回折を行い、磁場誘起相の磁気構造を決定しました。今回、これまで単純な整合構造であるとされていた強磁場相のブラッグ反射がわずかな分裂を示す事がわかり、メモリ効果との関連に興味がもたれています。
Neutron Laue Diffraction Study on the Magnetic Phase Diagram of Multiferroic MnWO₄ under Pulsed High Magnetic Fields, Phys. Rev. Lett. 106, 237202

S=1/2 Cr⁵⁺スピンダイマーの磁場誘起相転移
Magnetic-Field Induced Phase Transitions in Dimer
Ba₃Cr₂O₈はCr⁵⁺イオンがS=1/2のダイマーを形成する層状物質である。今回、強磁場磁化過程および比熱により磁気相図を決定するとともに、THz-ESRより磁気励起の磁場依存性を飽和磁場に至るまで測定し、磁場

誘起相で磁気分散の大幅な再構成が起こっていないことが見いだされました。
Magnetic-Field Induced Phase Transitions in a Weakly Coupled s=1/2 Quantum Spin Dimer System Ba₃Cr₂O₈, Phys. Rev. Lett. 102, 177204

スピンカイラリティによるハーフステップ磁化
Half-step Magnetization in Spin Triangle
反強磁性相互作用をもつスピンリングリングの磁化過程には通常の量子化則では考えられないハーフステップが生じます。これは、スピンリング特有の自由度であるスピンカイラリティのためです。リングの基底状態の波動関数はスピンカイラリティで２重縮退しており、

励起状態と交差の有無が左右のカイラリティに依存します。スピンカイラリティを利用すれば、これまでにない多様な磁気的性質が引き出されることが期待されます。
Observation of a Half Step Magnetization in the Cu3-Type Triangular Spin Ring, Phys. Rev. Lett, 96 (2006) 107202