Systematic studies of field-induced quantum phases in kagome lattice antiferromagnets

• Project/Area Number: 18H01179
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: UEDA Hiroaki 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10373276)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 道岡 千城 京都大学, 理学研究科, 助教 (70378595)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2018: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
• Keywords: 磁性 / スピンフラストレーション / カゴメ格子 / 磁化プラトー / 幾何学的フラストレーション / 遷移金属フッ化物 / フラストレーション

Outline of Final Research Achievements

Kagome lattice antiferromagnets are well-known to hardly form magnetically ordered phase owing to geometrical frustration. In this study, we have successfully discovered four new compounds that have trivalent titanium ions as magnetic ions, and elucidated their magnetic properties. Most of them exhibit magnetization plateau, indicating that this phenomenon characterizes quantum spin Kagome lattice antiferromagnets.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

量子スピン系のカゴメ格子反強磁性体としては、スピン軌道相互作用の強い銅イオンを含むもののみしかこれまで知られていなかった。スピン軌道相互作用の弱い三価のチタンイオンからなるカゴメ格子を新たに開発し、その研究の舞台を広げたことは、今後のカゴメ格子系の研究の発展に大きく寄与するものである。また、ほとんどのチタン系カゴメ格子反強磁性体で磁化プラトーを観測したことは、これが相互作用の異方性によらず普遍的な現象であることを示している。

Research Products

• [Journal Article] Two magnetization plateaus in the kagome fluoride Cs2LiTi3F12 (2019)
  • Author(s): Shirakami Ryu、Ueda Hiroaki、Jeschke Harald O.、Nakano Hiroki、Kobayashi Shintaro、Matsuo Akira、Sakai Toru、Katayama Naoyuki、Sawa Hiroshi、Kindo Koichi、Michioka Chishiro、Yoshimura Kazuyoshi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Issue: 17 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.174401
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 液相法によるS＝1/2カゴメ格子反強磁性体A2BTi3F12の合成と磁性 (2020)
  • Author(s): 林真弘、植田浩明、道岡千城、吉村一良
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会2020年度秋季大会
• [Presentation] 菱面体晶系S＝1/2チタンフッ化物カゴメ格子反強磁性体の合成と磁性 (2020)
  • Author(s): 林真弘、植田浩明、道岡千城、吉村一良、松尾晶、金道浩一
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 新規ヒドラジニウム遷移金属フッ化物の構造と磁性 (2019)
  • Author(s): 今西茂, 植田浩明, 道岡千城, 吉村一良
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] ヒドラジニウム遷移金属フッ化物における新物質群の構造と物性 (2019)
  • Author(s): 今西茂、植田浩明、道岡千城、吉村一良
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] S=1/2カゴメ格子反強磁性体Cs2ATi3F12(A:一価の陽イオン)の磁性のAイオン依存性 (2018)
  • Author(s): 白上龍、後藤真人、植田浩明、道岡千城、吉村一良
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会平成30年度春季大会
• [Presentation] S=1/2カゴメ格子反強磁性体A2BTi3F12(A, B：一価の陽イオン)の構造と磁性の系統性 (2018)
  • Author(s): 白上龍、後藤真人、植田浩明、松尾晶、金道浩一、道岡千城、吉村一良
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会