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遍歴フラストレーション系における多軌道効果に起因する新奇物性の探索と解明

Research Project

Project/Area Number 12J05373
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(実験)
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

武田 晃  名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
KeywordsNMR / 強磁性 / 金属絶縁体転移 / 巨大磁気抵抗効果 / 重い電子 / 高圧
Research Abstract

平成25年度、報告者は、以下にあげる二つの課題に取り組み、研究成果を、13に記述された通り、学会、論文発表という形でまとめた。
1. 高価数Cr酸化物の核磁気共鳴(NMR)法による研究
高価数のクロムイオンを含む酸化物は、クロムと酸素の強い軌道混成のために、強磁性や金属絶縁体転移といった特徴的な物性現象が現れる。本年度、報告者は、高価数のクロムを含む酸化物NaCr_2O_4とK_2Cr_8O_<16>のNMR法による物性研究を実施した。研究の結果、これらの酸化物のクロムの3d電子の間には、多軌道効果によって、強磁性的な相互作用と反強磁性的な相互作用が同時に働くことを明らかにした。さらに、NaCr_2O_4は、傾角反強磁性が実現し、傾いたスピンが作る強磁性成分を打ち消すように、磁区構造を形成することが明らかになった。この磁区構造は磁場印加によって消失し、反強磁性体としては珍しい巨大な磁気抵抗効果を引き起こす。また、K_2Cr_8O_<16>は、CrとOの軌道混成が、電子系の持つ一次元性の手助けをすることが明らかとなった。この結果は、高価数をとるCr酸化物が、幾何学的に特徴のある格子系を舞台に、興味深い物性を発現する可能性があることを示唆しており、今後、更なる物質開発の進展が期待される。
2. LiV_2O_4の圧力実験
LiV_2O_4に見られる重い電子的な挙動の起源を解明することを目指して、この物質の物性の圧力効果を調べた。従来の到達圧力(~5GPa)をはるかに上回る9.8GPaまでの圧力印加に成功し、絶縁体相における系の非磁性化を明らかにした。また、^<51>V核のNMR測定の結果、圧力の増加に伴い、反強磁性的なスピン揺らぎが強く抑制されることが明らかになった。これらの圧力効果は、常圧下における重い電子的振る舞いの起源に迫るうえで、重要な手がかりを与えることが期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

2つの高価数Cr酸化物を比較することで、一連の系を統一的に理解するために必要となる、高価数遷移金属酸化物に特有の性質を見出した。また、圧力下実験においては、到達圧力、および、実験の成功確率が向上し、これまで、測定が困難とされてきた^<51>V核のNMR測定を実施し、磁気揺らぎに関する新たな知見を獲得した。

Strategy for Future Research Activity

報告者は、LiV_2O_4の圧力実験を中心に、今後の研究展開を計画している。まず、磁気揺らぎの圧力依存性を明らかにするために必要となる^<51>V核の核スピン格子緩和率測定を行なう。次に、LiV_2O_4の局所亀子状態の圧力効果の解明を目指し、単結晶試料を用いた実験を行ない、ナイトシフトや核スピン格子緩和率の異方性を明らかにする。また、金属相を完全に抑制するためには、15GPa以上の圧力を印加する必要があるため、到達圧力を、さらに上げることを目指し、装置改良に取り組む。改良装置を利用して、非磁性絶縁体相の磁性をより詳しく調べる。また、圧力効果が期待される新物質が見つかり次第、新物質の物性研究を開始する予定である。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Magnetic frustration effects in the new colossal magnetoresistance oxide NaCr_2O_42013

    • Author(s)
      Hikaru Takeda
    • Journal Title

      Joumal of the Korean Physical Society

      Volume: 62 Issue: 12 Pages: 1914-1918

    • DOI

      10.3938/jkps.62.1914

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Local electronic state in the high-valence hollandite chromium oxide K_2Cr_8O_<16> investigated by ^<53>Cr NMR2013

    • Author(s)
      Hikaru Takeda
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Issue: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.88.165107

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Local magnetic properties of the antiferromagnetic metal NaV_2O_4 with frustrated double-chain structure investigated by NMR and magnetization measurements2012

    • Author(s)
      Hikaru Takeda
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 86 Issue: 17 Pages: 174405-174405

    • DOI

      10.1103/physrevb.86.174405

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An orbital-selective spin liquid in a frustrated heavy fermion spinel LiV_2O_42012

    • Author(s)
      Yasuhiro Shimizu
    • Journal Title

      Nature Communication

      Volume: 3 Issue: 1 Pages: 981-987

    • DOI

      10.1038/ncomms1979

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] LiV_2O_4における磁気揺らぎの圧力効果2014

    • Author(s)
      武田晃
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川)
    • Year and Date
      2014-03-27
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] LiV_2O_4の高圧絶縁体相における局所磁性2013

    • Author(s)
      武田晃
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島)
    • Year and Date
      2013-09-26
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] NMR study on the heavy fermion spinel oxide LiV_2O_4 under high pressure2013

    • Author(s)
      Hikaru Takeda
    • Organizer
      The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      東京大学(東京)
    • Year and Date
      2013-08-08
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] LiV_2O_4の高圧NMR測定2013

    • Author(s)
      武田晃
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学(広島)
    • Year and Date
      2013-03-28
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] NMRで見たLiV_2O_4の圧力効果2012

    • Author(s)
      武田晃
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学(神奈川)
    • Year and Date
      2012-09-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Magnetic Frustration Effects in the New Colossal Magnetoresistance Oxide NaCr_2O_42012

    • Author(s)
      Hikaru Takeda
    • Organizer
      The 19^<th> International Conference on Magnetism
    • Place of Presentation
      Busan Exhibition Convention Center(盈山)
    • Year and Date
      2012-07-09
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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