キタエフ物質の基底状態制御

Kitaev 物质的基态控制

基本信息

批准号：
21KK0242
负责人：
水上雄太
金额：
$ 9.98万
依托单位：
Tohoku University (2022)The University of Tokyo (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022 至 2024
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、キタエフ量子スピン液体候補物質において、結晶格子の点欠陥量や格子長などを可逆的に変化させることで、キタエフ量子スピン液体候補物質の基底状態を制御することを目的とする。現状、ほぼ全てのキタエフ量子スピン液体候補物質は、低温で磁気秩序状態を示すため、現実の物質においては基底状態として量子スピン液体を見出すことは非常に難しい。このような状況に対して、キタエフ量子スピン液体候補物質alpha-RuCl3においては、蜂の巣格子面内に7T以上の磁場を印加することで、磁気秩序を抑制し、無秩序状態を見出すという研究が多く行われてきた。この磁場誘起の無秩序状態においては、キタエフ量子スピン液体状態を示す実験的結果も多く報告されているが、無磁場または低磁場におけるキタエフ量子スピン液体の振る舞いはまだ分かっておらず、その実現が期待される。alpha-RuCl3は、7Kでジグザグ構造を持つ反強磁性状態へと転移するが、本研究により点欠陥を導入することにより、その転移温度を半分以下程度まで抑制することに成功した。導入した点欠陥量は、1%にも満たなく、同様に磁気秩序を抑制する元素置換効果と比較すると、非常に少ない不純物量で磁気秩序を抑制できていることになる。このような、格子欠陥を導入した系において、低温で比熱測定を行ったところ、キタエフ量子スピン液体におけるマヨラナ励起構造を示していることが分かり、格子欠陥を導入してもその振る舞いは強く残ることが分かった。

本研究的目的是通过可逆地改变晶格的点缺陷含量和晶格长度来控制Kitaev量子自旋液体候选材料的基态。目前，几乎所有基塔耶夫量子自旋液体候选材料在低温下都表现出磁有序态，这使得在实际材料中寻找基态的量子自旋液体变得极其困难。针对这种情况，人们进行了许多研究，通过在蜂窝晶格平面内施加7T或更高的磁场来抑制磁序并发现基塔耶夫量子自旋液体候选物质α-RuCl3的无序状态。。在这种磁场诱导的无序状态下，已经报道了许多显示基塔耶夫量子自旋液体状态的实验结果，但基塔耶夫量子自旋液体在无磁场或低磁场中的行为尚未被了解，我们期待它的出现。实现。 α-RuCl3 在 7K 时转变为锯齿形结构的反铁磁态，但通过在本研究中引入点缺陷，我们成功地将转变温度抑制到一半以下。引入的点缺陷的量小于1%，这意味着与同样抑制磁有序的元素替代效应相比，可以用极少量的杂质抑制磁有序。当在引入晶格缺陷的系统中进行低温比热测量时，发现它在基塔耶夫量子自旋液体中表现出马约拉纳激发结构，这表明即使引入晶格缺陷，这种行为仍然很强。。