「綺麗な」結晶構造を持ちながら、原子レベルでは構造が乱れている「ミクロな乱れ」を持つ層状スズニクタイド超伝導体NaSn₂Pn₂（Pn = リンP, ヒ素As）について、その性質を解明する研究が行われました。この物質は、リン(P)で構成されるNaSn₂P₂が、ヒ素(As)で構成されるNaSn₂As₂よりも高い温度で超伝導になることが知られていますが、その理由は不明でした。本研究では、物質中の原子核の状態を個別に観測できる核磁気共鳴（NMR）および核四重極共鳴（NQR）という手法を用い、この謎の解明に挑みました。詳細は、こちら。

　電子は、スピン・価数・軌道の自由度を有していますが、軌道の揺らぎや秩序の観測は一般的に他の自由度に比べて難しいです。CeB6は、軌道自由度に起因した電気四極子秩序と呼ばれる相を示す代表的物質です。この電気四極子秩序相は、Oxy型の反強的な構造であるとほぼ確定されています。秩序温度TQ=3.3K以下では、元々等価であったBサイトが、BI、BII、BIIIに分裂するはずですが、この結晶変位は放射光設備を用いた高精度X線回折測定でも観測できていません。

　私たちは、CeB6の対称性変化を11B核の核四重極共鳴（NQR）測定で検出することを目指しました。NQRは、4f電子の電荷分布が変化すると、CeB6の四極子秩序相ではBI~BIIIに対応する3つの11B-NQR信号が観測されると期待されます。しかしこの共鳴周波数は通常のNQR測定より1桁以上低く、非常に難しい測定です。私たちは、7年の歳月をかけてその観測に成功し、NQRスペクトルがTQ以下で明瞭なシフトを示すも、全く分裂の兆しを示さないことを明らかにしました。この結果は、CeB6の四極子相が、ゼロ磁場下では異なる可能性を示唆しています。詳細は、こちら。

　硫化サマリウムSmSは、「中間価数（価数揺動）状態」を取る珍しい物質として、半世紀にわたって研究者たちを魅了しています。SmSは常圧で半導体ですが、圧力をかけると2 GPa以上で金属へ変化したのち磁気秩序を示す（磁石の一種になる）ことが2000年代に報告されましたが、どんな種類の磁気秩序であるかは分かっていませんでした。他にも、SmSで見られる半導体－金属転移と非磁性—磁性転移のメカニズムや、「中間価数状態」とこれらの転移との関係は、謎に包まれたままです。

　そこで、私たちは核磁気共鳴（NMR）が可能な同位体である33Sを約98%に置換した試料を用いることで、初めてSmSの33S-NMR測定に成功しました。その結果、非磁性－磁性転移が一次転移的であるものの、圧力印加とともにその一次転移性が弱まること、および未解明であった磁気秩序構造を初めて明らかにしました。詳細は、こちら。

　価数揺動物質であるYbPdは、立方晶CsCl型の単純で高い対称性の結晶構造にもかかわらず Tm = 1.9 Kにおける磁気秩序の他、Ta = 105 K、Tb = 125 Kで相次いで相転移を示します。現在、Ta、Tbで立方晶から正方晶への構造相転移とYbイオンの価数の秩序化が起こることが提唱されていますが、これらの相転移の詳細な機構は分かっていません。

　これらの相転移のメカニズムを明らかにするために、私たちはPd-NMRを用いて核スピンｰ格子緩和率 (1/T1)の温度依存性測定を行いました。その結果、Ta以下でフェルミ準位の状態密度が約70 %も減少することと、Taへ向かってYbイオンの価数が高速で揺らいで (変動して)いる状態からだんだんゆっくりとした揺らぎになり、 Taで価数が秩序する (止まる)「価数秩序」の過程を観測しました。 詳細は、こちら。

固体物理学における長年の未解決問題のひとつに、異方的超伝導を示す重い電子系超伝導体であるウラン化合物URu2Si2の「隠れた秩序」状態 が知られています。 

本研究では29Si-NMR 測定を行い、URu2Si2が温度が下がるにつれて高温での局在的な振る舞いから遍歴的な状態へクロスオーバーし、このクロスオーバ領域で「隠れた秩序」が生じることを明らかにしました。 

本研究は島根大学との共同研究で、Physical Review B誌に掲載されています。