磁気フラストレーションによる新しい量子伝導現象

由于磁挫败而产生的新量子传导现象

基本信息

批准号：
17038015
负责人：
中辻知
金额：
$ 4.1万
依托单位：
The University of Tokyo (2006)Kyoto University (2005)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

Pr_2Ir_2O_7は、パイロクロア格子をなすイジング型のPrモーメントが相関の弱いIr5dの伝導電子と混成した近藤格子系である。我々は、自ら育成に成功した単結晶の研究により、Pr_2Ir_2O_7が低温でスピン液体的に振る舞うことを見出した。さらに興味深いことに、最近、このスピン液体的低温状態において非従来型の異常ホール効果を発見した。近藤温度20Kからホール抵抗はしだいに増大し始め、スピン液体的振る舞いが現れるワイス温度1.7K以下で1nTの発散的増大を示す。低温でのホール抵抗の温度依存性・磁場依存性は、共にスピン軌道相互作用による従来型機構では説明できない。Pr_2Ir_2O_7の基底状態は、"金属スピンアイス"という大変興味深い状態に近い可能性があり、Two-In Two-out状態のため、各Pr四面体は大きなスピンカイラリティを持ち、このことが非従来型の大きな異常ホール効果の起源となる可能性がある。さらに、競合した磁気相関を持つ量子物質として、我々の開発したCa_<2-x>Sr_xRuO_4を取り上げた。Ca_<2-x>Sr_xRuO_4は軌道の秩序により、様々な基底状態をとる2次元の多重バンド型モット転移系である。特にモット転移近傍の重い電子状態でのメタ磁性転移の研究から、数テスラの磁場で100%もの大きな正の磁気抵抗を示し強磁性に転移すること、同時に金属では非常にまれな軌道の転移が、この磁気転移に伴っている可能性が明らかになってきている。最近、そのメタ磁性転移点近傍での電子構造の変化を、電気抵抗・ホール係数の精密測定からプローブし、興味深い量子伝導現象を見出した。そのひとつが、角度依存型磁気抵抗効果である。重い電子状態のフェルミ面の形状を反映したc軸方向の磁気抵抗の面内方位依存性が、低磁場の2回対称から擬4回対称へと変化していることが分かった。さらに磁歪、中性子実験の総合的研究から、この起源が一次元的バンド(d_<yz,zx>)が支配的な反強磁性状態から2次元的なバンド(d_<xy>)による強磁性に、数テスラの磁場によりスイッチングが起こったことによるものだと分ってきている。

Pr_2Ir_2O_7 是一种近藤晶格系统，其中形成烧绿石晶格的伊辛型 Pr 矩与弱相关的 Ir5d 传导电子杂化。通过对我们自己成功生长的单晶的研究，我们发现Pr_2Ir_2O_7在低温下表现得像自旋液体。更有趣的是，我们最近在这种自旋液体低温状态下发现了非常规的反常霍尔效应。霍尔电阻从近藤温度 20K 开始逐渐增加，并在韦斯温度 1.7K 以下发散增加 1nT，此时出现自旋液体行为。低温下霍尔电阻的温度依赖性和磁场依赖性都无法用基于自旋轨道相互作用的传统机制来解释。 Pr_2Ir_2O_7的基态可能接近一种非常有趣的状态，称为“金属自旋冰”，并且由于二进二出的状态，每个Pr四面体都具有很大的自旋手性，这导致了非常规的现象，这可能是大型反常霍尔效应的起源。此外，我们采用了我们开发的Ca_<2-x>Sr_xRuO_4作为具有竞争磁相关性的量子材料。 Ca_2-xSr_xRuO_4是二维多能带莫特跃迁系统，具有取决于轨道级数的各种基态。特别是莫特跃迁附近重电子态的变磁跃迁研究表明，在几个特斯拉的磁场中，表现出100%的大正磁阻并转变为铁磁性，同时出现轨道跃迁在金属中极为罕见，越来越清楚的是，这种磁转变可能涉及其中。最近，我们通过精确测量电阻和霍尔系数，探究了变磁转变点附近电子结构的变化，发现了一个有趣的量子传导现象。其中之一是角度相关的磁阻效应。研究发现，反映重电子态费米面形状的c轴磁阻的面内取向依赖性在低磁场下从2重对称性变为准4重对称性。此外，对磁致伸缩和中子实验的综合研究表明，这种起源从一维能带（d_<yz,zx>）主导的反铁磁态转变为二维能带（d_<xy>）主导的铁磁态。现已发现，这是由于几特斯拉的磁场引起的切换。

项目成果

期刊论文数量（19）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Electronic structure and evolution of the orbital state in metallic Ca2-xSrxRuO4

DOI：
10.1103/physrevb.72.052411
发表时间：
2005-08
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
H. Noh;Shinyoung Oh;Byeong-Gyu Park;Jae-Hoon Park;Jae-Sun Kim;Heejung Kim;T. Mizokawa;L. Tjeng;Hong‐ji Lin;C. Chen;S. Schuppler;S. Nakatsuji;H. Fukazawa;Y. Maeno
通讯作者：
H. Noh;Shinyoung Oh;Byeong-Gyu Park;Jae-Hoon Park;Jae-Sun Kim;Heejung Kim;T. Mizokawa;L. Tjeng;Hong‐ji Lin;C. Chen;S. Schuppler;S. Nakatsuji;H. Fukazawa;Y. Maeno

Unconventional Anomalous Hall Effect enhanced by Non-coplanar Spin Structure in the Frustrated Kondo Lattice Pr_2Ir_2O_7

受抑近藤晶格中非共面自旋结构增强的非常规反常霍尔效应 Pr_2Ir_2O_7

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Physcial Review Letters 98
影响因子：
0
作者：
S. Miyoki;他25名;Y.Machida et al.
通讯作者：
Y.Machida et al.

Spin Liquid Behavior and Anomalous Hall Transport of the Geometrically Frustrated Kondo Lattice Pr_2Ir_2O_7

几何受挫近藤晶格 Pr_2Ir_2O_7 的自旋液体行为和反常霍尔传输

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310
影响因子：
0
作者：
T. Akutsu;M. Ando;N. Kanda;D. Tatsumi;S. Telada;S. Miyoki;M. Ohashi;TAMA Collaboration;N.Shibata;Y.Machida et al.
通讯作者：
Y.Machida et al.

Severe Fermi Surface Reconstruction at a Metamagnetic Transition in Ca2-xSrxRuO4 (for 0.2<=x<=0.5)

Ca2-xSrxRuO4 中变磁转变时的剧烈费米面重构（0.2<=x<=0.5）

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Physical Review Letters 95
影响因子：
0
作者：
T.Masui;E.Ohmichi;S.Tajima;T.Osada;M.Kriener et al.;N.J.C.Ingle et al.;L.Balicas et al.
通讯作者：
L.Balicas et al.

Metallic spin-liquid behavior of the geometrically frustrated Kondo lattice Pr2Ir2O7