フラストレート反強磁性体における量子スピン液体状態の研究

受抑反铁磁体中量子自旋液态的研究

• 批准号: 13J01100
• 负责人: 渡邊 大樹
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J01100/
• 关键词: スピン液体; 熱ホール効果; カゴメ反強磁性; 熱測定; 極低温; 量子スピン液体; スピノンのフェルミ面; Volborthite; フラストレート反強磁性体

磁気秩序のないスピン系における熱ホール効果は理論的に期待されていたが、実際熱ホール効果が観測できるかは実験的に明らかにされてはいなかった。スピン液体における熱ホール効果の測定が行われた物質として、例えばEtMe3Sb[Pd(dmit)2]2、Tb2Ti2O7がある。前者では測定誤差の範囲内で熱ホール効果は確認できておらず、後者では熱ホール効果が観測できたものの、測定温度がスピン系の交換相互作用のスケールよりも大きく、スピン液体相のもつスピン相関と熱ホール効果の関連性が不明であった。そこで、私たちは、EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2の測定時よりも小さなホール角でも観測できるよう装置を改良した。試料以外の熱ホール効果を抑えるために試料の熱浴には熱伝導率の高い絶縁体であるフッ化リチウムを用い、試料には熱流と平行の方向に10～20％程度もの温度差がつく程度の大きな熱流を流した。これらの工夫により1/1000倍小さな熱ホール角でも測定できるまでに装置を改良することができた。さらに、交換相互作用の大きさが60 K程度であり、測定温度を変化させることで高温のスピン相関のない常磁性相から、スピン相関の発達したスピン液体相、さらに低温での磁気秩序相までアクセスできるボルボサイトを測定試料に用いることで、スピン相関と熱ホール効果の関係を観察した。その結果、有限の熱ホール効果を観測することができた。熱ホール伝導度は交換相互作用の温度スケールよりも高温の領域では0で、試料を冷却していくにつれて負の値になる。また磁化率がピークを持つ温度で熱ホール伝導度も同様にピークをもつ。これらの結果は、熱ホール効果を担うキャリアがスピン励起であり、磁場によって流れが曲げられるエキゾチックなものであることを示している。この成果をまとめた論文は現在査読中である。

从理论上可以预期无磁性的自旋系统中的热霍尔效应，但尚未通过实验揭示是否可以实际观察到热道效应。测量了自旋液体热室效应的材料的示例是ETME3SB [PD（DMIT）2] 2和TB2TI2O7。在前者中，在测量误差范围内未确认热厅效应，在后者中，可以观察到热厅的效应，但是测得的温度大于自旋系统的交换相互作用的尺度，以及旋转液相的自旋相关与热霍尔效应的旋转相关性之间的关系。因此，我们已经改进了设备，因此与测量ETME3SB [PD（DMIT）2] 2相比，可以以较小的孔角度观察到它。为了抑制除样品以外的热大厅效应，氟化锂是样品的热浴的具有高导热性的绝缘子，并将大热流动到样品中，温度差约为10％至20％，在与热流相似的方向上。这些独创性使我们能够将设备改进到甚至可以在小1/1000倍的情况下测量的点。此外，通过使用volvosites观察到自旋相关与热霍尔效应之间的关系，该材料具有约60 K的交换相互作用的大小，并且可以从高温下的副磁相中访问，而无自旋相关的高温相关，到自旋液相与已发达的自旋相关性，并且在低温下，在磁性较低的地方进行了磁性序列。结果，可以观察到有限的热厅效应。该区域的热孔电导率在高于交换相互作用的温度尺度的温度下为0，并且随着样品的冷却而变为负。此外，在具有峰值磁化率的温度下，热孔电导率也具有峰值。这些结果表明，负责热室效应的载体是自旋激发和异国情调，其中流动被磁场弯曲。总结这一发现的论文目前正在同行评审中。

项目成果

カゴメ格子フラストレート系ボルボサイトの熱輸送測定

Kagome 晶格的热传输测量受挫 沃尔沃现场

• 发表时间: 2015
• 作者: Takahiko Masuda;Hideaki Hara;Yuki Miyamoto;Susumu Kuma;Itsuo Nakano;Chiaki Ohae;Noboru Sasao;Minoru Tanaka;Satoshi Uetake;Akihiro Yoshimi;Koji Yoshimura;Motohiko Yoshimura;渡邊大樹，山下穣，下澤雅明，鈴木喜貴，石川孟，廣井善二，松田祐司
• 通讯作者: 渡邊大樹，山下穣，下澤雅明，鈴木喜貴，石川孟，廣井善二，松田祐司