キタエフスピン液体候補物質におけるトポロジカル相転移探索

Kitayev 自旋液体候选材料中的拓扑相变搜索

基本信息

批准号：
20H02600
负责人：
水上雄太
金额：
$ 11.81万
依托单位：
Tohoku University (2021-2022)The University of Tokyo (2020)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02600/
关键词：
キタエフ模型マヨラナ粒子比熱測定磁場角度回転トポロジカル相量子スピン液体マヨラナフェルミオントポロジカル転移微小単結晶トポロジカル相転移マヨラナ励起フラストレーション長時間緩和法比熱磁場角度回転比熱

项目摘要

本研究は、キタエフ模型において期待されるマヨラナ粒子のバルク状態の性質を調べることを目的としている。近年、キタエフ量子スピン液体候補物質であるalpha-RuCl3において、熱ホール効果を始めとしてマヨラナ粒子の存在を示す結果が報告されている。熱ホール効果は、マヨラナ粒子のエッジ流により生ずることが当初理論的に予測されており、その後実験的に報告された。一方、バルク・エッジ対応として、このエッジ状態に対するバルク状態が存在するが、そのバルク状態の詳細な励起構造はまだ明らかになっていなかった。本研究では、精密な比熱測定を磁場角度回転環境下で行うことで、マヨラナ粒子のバルク状態の磁場角度に対する励起構造変化を調べた。試料の磁場角度に対する高精度な変化を検出するためには、単一単結晶を対象とした測定が望ましく、その場合は高感度な熱量計が必要となる。本研究では、ナノグラム級試料に対して磁場角度回転環境下で測定可能な高感度な熱量計を構築し測定を行った。その結果、alpha-RuCl3においてa軸と等価な方向では、励起ギャップが開いている一方、b軸と等価な方向にはディラック型の分散を反映したギャップレスな励起が生ずることが明らかとなった。磁場を蜂の巣格子面内で角度変化させる場合においては、6つのギャップレスな方向を持つ6回対称性を持つ励起ギャップと、それを反映した比熱の振動が観測された。これは、キタエフ模型において予測されるマヨラナ粒子の励起ギャップと一致しており、そのバルク状態を実験的に明らかにしたと言える。一方、10T以上のより高磁場領域においてはキタエフ量子スピン液体状態から少し外れる振る舞いを観測しており、今後の研究によりその起源を明らかにする必要がある。

本研究的目的是研究基塔耶夫模型中预期的马约拉纳粒子本体状态的特性。近年来，在基塔耶夫量子自旋液体候选材料α-RuCl3中报道了马约拉纳粒子的存在，包括热霍尔效应。热霍尔效应最初在理论上被预测是由马约拉纳粒子的边缘流引起的，随后在实验上得到报道。另一方面，存在与该边缘态相对应的体态，但该体态的详细激发结构尚未阐明。在这项研究中，我们通过在旋转磁场角环境下进行精确的比热测量，研究了马约拉纳粒子体态的激发结构随磁场角的变化。为了高精度地检测样品磁场角的变化，需要在单个单晶上进行测量，在这种情况下需要高灵敏度的量热计。在这项研究中，我们构建了一种高灵敏度的量热计，可以在旋转磁场和角度环境下测量纳克级的样品。结果表明，在α-RuCl3中，在相当于a轴的方向上激发能隙是开放的，而在相当于b轴的方向上出现反映狄拉克型色散的无间隙激发。当磁场角度在蜂窝晶格平面内变化时，观察到具有六重对称性和六个无间隙方向的激发间隙以及反映此的比热振荡。这与基塔耶夫模型预测的马约拉纳粒子的激发能隙一致，可以说通过实验阐明了其体态。另一方面，在10 T以上的较高磁场区域，我们观察到了与基塔耶夫量子自旋液态略有偏差的行为，未来的研究需要澄清其起源。

项目成果

期刊论文数量（47）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

FeSe1-xSx (x = 0.18)における高圧下77Se-NMR測定

FeSe1-xSx (x = 0.18) 高压下的 77Se-NMR 测量

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
中村昂矢; 桑山昂典; 松浦康平; 水上雄太; 笠原成; 松田祐司; 芝内孝禎; 上床美也; 藤原直樹
通讯作者：
藤原直樹

Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3におけるトポロジカル相転移の探索

寻找 Kitaev 自旋液体候选 α-RuCl3 中的拓扑相变

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
鵜飼柚希; 笠原裕一; 末次祥大; 村山陽奈子; 栗田伸之; 田中秀数; 橋本顕一郎; 水上雄太; 芝内孝禎; 松田祐司
通讯作者：
松田祐司

University of Colorado at Boulder(米国)

科罗拉多大学博尔德分校（美国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Pure nematic quantum critical point accompanied by a superconducting dome

纯向列量子临界点伴随超导圆顶

DOI：
10.1073/pnas.2110501119
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ishida Kousuke;Onishi Yugo;Tsujii Masaya;Mukasa Kiyotaka;Qiu Mingwei;Saito Mikihiko;Sugimura Yuichi;Matsuura Kohei;Mizukami Yuta;Hashimoto Kenichiro;Shibauchi Takasada
通讯作者：
Shibauchi Takasada

High-Pressure Phase Diagrams of FeSe1-xTex: Correlation between Suppressed Nematicity and Enhanced Superconductivity

FeSe1-xTex 的高压相图：抑制向列性与增强超导性之间的相关性

DOI：
10.1038/s41467-020-20621-2
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Mukasa; K. Matsuura; M. Qiu; M. Saito; Y. Sugimura; K. Ishida; M. Otani; Y. Onishi; Y. Mizukami; K. Hashimoto; J. Gouchi; R. Kumai; Y. Uwatoko;T. Shibauchi
通讯作者：
T. Shibauchi