圧力・不純物量で制御された量子スピン液体の安定性の研究

压力和杂质含量控制的量子自旋液体稳定性研究

基本信息

批准号：
20029006
负责人：
藤山茂樹
金额：
$ 2.69万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

固体中電子は絶対ゼロ度で相関長が発散し、対称性を自発的に破った安定秩序相に至る。磁性体においてもまたスピン間に反強磁性相関がある場合、スピンが反平行に整列した状態が安定となる。しかし、スピンが正三角形または正四面体に配置され、相互作用間に拮抗が生じると、磁気相関長は発散せず量子スピン液体という量子揺らぎに支配された新奇電子相が現れることが理論的に指摘されている。しかしながら、実験的にこのスピン液体の候補はいくつか提案されている物の、実験的には最低温度領域において試料中に混入された不純物のために古典的長距離秩序を持つ物質が多かった。近年、三次元幾何学的フラストレーションをもつパイロクロア構造を持つイリジウム酸化物が、新奇量子伝導の舞台として注目されている。我々は、スピンアイス的磁性と遍歴伝導を併せ持つ物質Pr2Ir207が、古典的磁気秩序を伴わないにも関わらず異常ホール効果が現れるという現象を発見した。これは、理論的には自発磁化を伴わないままカイラリティのみが巨視的に有限に残った場合に期待される挙動であり、新奇スピン状態の発見となっている可能性がある。さらに、共鳴磁気X線散乱法など、スピン相関の波数依存性を調べることを可能とするプローブを開発し、これまで中性子散乱によってしかあきらかとされなかったスピン相関を調べる手法を開発した。さらに、Pr2Ir207以外のパイロクロア構造を持つ物質において、希土類を変化させることによる異常ホール効果への影響を調べた。

固体中电子的相关长度在绝对零度处发散，导致对称性自发破缺的稳定有序相。同样在磁性材料中，如果自旋之间存在反铁磁相关性，则自旋反平行排列的状态变得稳定。然而，当自旋排列成正三角形或四面体并且相互作用之间发生拮抗时，磁相关长度不会发散，并且理论上出现了一种被称为量子自旋液体的由量子涨落主导的新型电子相。然而，尽管已经通过实验提出了这种自旋液体的几种候选材料，但由于在最低温度区域中混入了样品中的杂质，其中大多数具有经典的长程有序性。近年来，氧化铱具有三维几何挫败的烧绿石结构，作为新型量子传导的潜在阶段而受到关注。我们发现，同时具有自旋冰磁性和巡回传导的材料Pr2Ir207，即使不具有经典磁序，也表现出反常霍尔效应。当只有手性在宏观上保持有限且没有自发磁化时，这种行为在理论上是预期的，并且可能导致新的自旋态的发现。此外，我们开发了探针，使我们能够研究自旋相关性的波数依赖性，例如共振磁 X 射线散射，并开发了一种研究自旋相关性的方法，该方法以前只能通过中子散射来揭示。此外，我们还研究了改变稀土元素对除 Pr2Ir2O7 之外的烧绿石结构材料中的反常霍尔效应的影响。

项目成果

期刊论文数量（28）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Novel Quantum Phases in 5d Ir Oxides Induced by Strong Spin-Orbit Coupling

强自旋轨道耦合诱导的 5d Ir 氧化物中的新量子相

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
Satoru Nakatsuji;Yusuke Nambu;Shigeki Onoda;Jin-Hong Park;桂法称;小野田繁樹;古川俊輔;杉本直之;花咲徳亮;藤山茂樹;小野田繁樹;小野田繁樹;藤山茂樹;藤山茂樹;藤山茂樹;藤山茂樹;小野田繁樹;藤山茂樹;高木英典;藤山茂樹;藤山茂樹;高木英典
通讯作者：
高木英典

Novel Geometrical Frustration Effects in the 2D Triangular-Lattice Antiferromagnet NiGa2S4 and Related Compounds

二维三角晶格反铁磁体 NiGa2S4 及相关化合物中的新型几何挫败效应