磁気フラストレーションによる新しい量子輸送現象

磁挫败引起的新量子输运现象

基本信息

批准号：
06J02656
负责人：
町田洋
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo (2007)Kyoto University (2006)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

幾何学的フラストレーションをもつ金属磁性体Pr_2Ir_2O_7における輸送特性、特にホール効果について、単結晶を用いた希釈冷凍機温度までの低温実験により明らかにした。また、交流磁化率、直流磁化率や比熱測定を通して、Pr_2Ir_2O_7の基底状態における金属においては初めてのスピンアイス状態の実現を示唆する結果を得た。我々はこれまでこの物質における非従来型の異常ホール効果について報告してきたが、本年度は希釈冷凍機を用いた極低温領域での輸送現象について研究を行った。その結果、DC磁化率で観測されるスピン凍結温度よりも高温のPrスピンが短距離相関を発達させる温度付近からホール効果にヒステリシスが現れることを見出した。また、このホール効果のヒステリシスは、磁場を[111]の結晶軸方向にかけたときに起こるスピン構造の変化に伴ったメタ磁性転移を境に消失することが分かった。これらの結果は、ヒステリシスの出現がPrスピン間のスピンアイス的な相関に起因していることを強く示唆している。このような特異な輸送特性は、局在スピンが2-in,2-outという立体的なスピン配置をとり有限なスピンカイラリティー(S・S×S)をもつスピンアィス状態を金属において初めて実現するPr_2Ir_2O_7に固有の全く新しい現象といえる。

通过单晶至稀释冰箱温度的低温实验阐明了具有几何挫败性的金属磁性材料Pr_2Ir_2O_7的输运特性，特别是霍尔效应。此外，通过交流磁化率、直流磁化率和比热的测量，我们获得了首次在Pr_2Ir_2O_7基态金属中实现自旋冰态的结果。我们之前曾报道过这种材料的非常规反常霍尔效应，但今年我们使用稀释制冷机对低温区域的输运现象进行了研究。结果发现，在比直流磁化率中观察到的自旋冻结温度更热的Pr自旋温度附近，霍尔效应中出现磁滞，并形成短程相关性。还发现，当沿[111]晶轴方向施加磁场时，自旋结构发生变化，发生变磁转变时，霍尔效应的磁滞消失。这些结果强烈表明滞后现象的出现是由于 Pr 自旋之间的自旋冰相关性造成的。这些独特的输运特性使得金属首次实现自旋冰态，其中局域自旋采用2进2出的三维自旋构型，并具有有限的自旋手性（S·S×S）这可以说是Pr_2Ir_2O_7特有的全新现象。