パイロクロア型イリジウム酸化物における新奇な量子磁性と伝導現象の研究

烧绿石型氧化铱新型量子磁性和传导现象的研究

• 批准号: 12J03194
• 负责人: 石川 洵
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J03194/
• 关键词: パイロクロア; イリジウム酸化物; バンドトポロジー; 幾何学的フラストレーション; パロクロア; 幾何学フラストレーション; スピンアイス; 金属絶縁体転移

物性物理学においては理論によるトポロジカル絶縁体の発見に刺激を受け、バンドトポロジーの効果が注目を集めているが、バンドトポロジーが強相関電子系に及ぼす効果については未解明な部分が多い。その中でもワイル半金属状態などの新奇な電子状態の発現が予言されており、電子相関およびスピン軌道相互作用が大きな5d電子系であるパイロクロア型イリジウム酸化物は、強相関電子系においてバンドトポロジーの効果を研究するにあたって格好の舞台である。我々はパイロクロア型イリジウム酸化物の単結晶の純良化および大型化を行い、種々の物性測定を行った。磁気秩序を示さず自発的異常ホール効果を示すPr_2Ir_2O_7と磁気秩序を示すPr_(2-x)Ir_(2+x)O_(7+d)試料との差異は、これまで明らかにされていなかったが、電気抵抗測定により磁気転移温度において電気抵抗が減少する異常を見出し、さらに極低温における比熱測定により磁気転移に伴う明確な比熱の異常を発見し、詳細な磁気エントロピーの見積もりによって転移温度においてポーリングの残留エントロピーに対応する量のエントロピーが解放されているが明らかになった。このことは、単結晶試料を用いた中性子散乱実験の共同研究によって明らかにされたPr_(2-x)Ir_(2+x)O_(7+d)試料の磁気構造が”2-in 2-out”相関をもった反強磁性秩序であることと整合する結果である。ホール抵抗の測定結果からキャリア密度を見積もったところ、磁気秩序を示すPr_(2-x)Ir_(2+x)O_(7+d)試料は磁気秩序を示さない試料と比較して一桁以上キャリア密度が高いことが明らかになった。このことは、組成変化によるキャリア密度の上昇によって、RKKY相互作用による磁気秩序が発達している可能性を示唆していると考えられる。

在凝聚态物理中，受拓扑绝缘体理论发现的刺激，能带拓扑的效应一直备受关注，但关于能带拓扑对强相关电子系统的影响仍有很多未知之处。其中，预测了Weyl半金属态等新型电子态的出现，而烧绿石型氧化铱是具有大电子相关性和自旋轨道相互作用的5d电子系统，其特征在于强烈的能带拓扑效应。它是研究的理想环境。我们纯化并放大了烧绿石型氧化铱的单晶，并测量了各种物理性质。表现出无磁序的自发反常霍尔效应的 Pr_2Ir_2O_7 和表现出磁序的 Pr_(2-x)Ir_(2+x)O_(7+d) 之间的区别迄今为止尚未明确。电阻测量表明电阻在磁转变温度下降低。此外，通过测量极低温度下的比热，我们发现了与磁转变相关的明显比热异常，并且对磁熵的详细估计表明，在转变温度下释放了与鲍林剩余熵相对应的熵。 。这是通过使用单晶样品进行中子散射实验的联合研究揭示的。该结果与具有“out”相关性的反铁磁序一致。当从霍尔电阻测量结果估计载流子密度时，显示磁序的Pr_(2-x)Ir_(2+x)O_(7+d)样品比不显示磁序的样品高一个数量级。可知载流子密度高。这表明，由于成分变化导致载流子密度增加，RKKY 相互作用可能会产生磁序。

项目成果

Metal insulator transition in the pyrochlore iridate Eu2Ir2O7

烧绿石铱酸盐 Eu2Ir2O7 中的金属绝缘体转变

• 发表时间: 2013
• 作者: J. J. Ichikawa; E. C. T. O'Farrell; S. Nakatsuji
• 通讯作者: S. Nakatsuji

パイロクロア型イリジウム酸化物Eu2Ir2O7における金属絶縁体転移と磁性

烧绿石型氧化铱 Eu2Ir2O7 的金属-绝缘体转变和磁性

• 发表时间: 2012
• 作者: 石川洵;Eoin O'Farrel; 中辻知
• 通讯作者: 中辻知