High-quality single crystal growth of honeycomb lattice quantum magnets and experimental verification of the field-induced quantum phase
Project/Area Number |
19K03711
|
Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
|
Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
Principal Investigator |
栗田 伸之 東京工業大学, 理学院, 助教 (80566737)
|
Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2025-03-31
|
Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
|
Keywords | 量子スピン液体 / キタエフ模型 / 磁場誘起量子相 / 純良単結晶育成 / ルテニウム化合物 |
Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、蜂の巣格子量子磁性体α-RuCl3における磁場誘起量子相の相転移近傍での臨界現象を明らかにすることである。純良単結晶を用いた磁化・比熱・電子スピン共鳴測定等を行い、温度-磁場相図および周波数-磁場ダイアグラムを低温・低周波数領域まで決定する。特に①反強磁性秩序相が消失する臨界磁場Hcでの相転移は量子相転移か否か、②Hc近傍における励起ギャップの有無、③低エネルギー励起の起源、は本物質で観測されたスピン液体的振る舞いを理解する上で重要な知見となる。積層欠陥の影響を最小限に抑えた純良単結晶の育成やゼロ磁場でのスピン液体の実現を目指した関連物質の開拓も本研究の重要課題である。
|
Outline of Annual Research Achievements |
有効スピン1/2を持つ蜂の巣格子量子磁性体α-RuCl3はキタエフ型の量子スピン液体を実現する有力な候補物質である。本研究の目的は、α-RuCl3においてマヨラナ粒子の実験的証拠となる熱ホール伝導度の半整数量子化が観測された磁場誘起量子相近傍での臨界現象を明らかにすることである。これまでの研究からこのマヨラナ粒子の挙動を観測するには積層欠陥等を最小限に抑えた結晶性の良い試料が必要不可欠であることが分かっている。従って純良な単結晶試料の育成方法を確立することも重要な課題となる。 本年度は、α-RuCl3に関する共同研究の成果が3つの学術雑誌(①Nat. Commun.、②Sci. Adv.、③Phys. Rev. X)に掲載された。①では、蜂の巣格子に垂直な磁場方向に対する102 Tまでの強磁場磁化過程及びその磁場角度依存性を明らかにした。実験結果は理論計算により定量的レベルで再現され、35 Tと83 Tに量子相転移があり中間相が量子スピン液体相になっていることが明らかになった。②では、蜂の巣格子面内で磁場を変化させ比熱測定と熱ホール伝導度測定を行うことで、バルクギャップとエッジモードの符号変化の対応関係を明らかにした。これによりマヨラナフェルミオン励起のトポロジカルな性質のバルク・エッジ対応が示された。③では、高エネルギーの電子線照射により欠陥を導入したα-RuCl3単結晶の精密比熱測定を行い、欠陥がキタエフ液体におけるマヨラナ粒子の弱局在状態を誘発していることを明らかにした。
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度はα-RuCl3の研究成果がNature Communications、Physical Review X、及びScience Advancesにそれぞれ1報ずつ掲載された。一方、α-RuCl3の純良単結晶育成に遅れが生じているため進捗状況は「やや遅れている」とした。
|
Strategy for Future Research Activity |
α-RuCl3の単結晶育成について、ブリッジマン法にて得られたフィルム状の純良単結晶の小片を可能な限り多く収集し再結晶化させる方法を継続する。昨年度までに得られた測定結果を精査し、論文執筆を含む成果発表を行う。
|
Report
(5 results)
Research Products
(72 results)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Thermodynamic Evidence for a Field-Angle Dependent Majorana Gap in a Kitaev Spin Liquid2022
Author(s)
O. Tanaka, Y. Mizukami, R. Harasawa, K. Hashimoto, K. Hwang, N. Kurita, H. Tanaka, S. Fujimoto, Y. Matsuda, E.-G. Moon, and T. Shibauchi
-
Journal Title
Nat. Phys.
Volume: 18
Issue: 4
Pages: 429-435
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Triplon band splitting and edge states in the quantum dimer compound Ba2CuSi2O6Cl22018
Author(s)
K. Nawa, K. Tanaka, N. Kurita, T. J. Sato, H. Sugiyama, H. Uekusa, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, S. Itoh, K. Kuwahara, and H. Tanaka
-
Journal Title
Nature Communications
Volume: 印刷中
Issue: 1
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
[Presentation] Majorana-fermion origin of the planar thermal Hall effect in the Kitaev magnet α-RuCl32023
Author(s)
K. Imamura, Y. Mizukami, Y. Yoshida, K. Hashimoto, N. Kurita, H. Tanaka, S. Fujimoto, M. G. Yamada, Y. Matsuda, E.-G. Moon, T. Shibauchi
Organizer
2023 APS March Meeting
Related Report
-
-
-
-
[Presentation] 極低温下でのキタエフ候補物質α-RuCl3の磁場角度分解比熱測定2022
Author(s)
今村薫平, 水上雄太, 吉田悠生, 橋本顕一郎, 田中桜平, 原澤龍平, 栗田伸之, 田中秀数, 藤本聡, 山田昌彦, 村山陽奈子, 笠原裕一, 松田祐司. Moon, 芝内孝禎,
Organizer
日本物理学会(2022年年次大会)
Related Report
-
[Presentation] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3における磁場誘起トポロジカル相転移2022
Author(s)
神村真志, 下邨真輝, 鵜飼柚希, 末次祥大, 浅場智也, 笠原裕一, 栗田伸之, 田中秀数, 芝内孝禎, 那須譲治, 求幸年, 松田祐司
Organizer
日本物理学会(2022年年次大会)
Related Report
-
-
[Presentation] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3における量子相転移の観測2021
Author(s)
鵜飼柚希, 下邨真輝, 末次祥大, 笠原裕一, 浅場智也, 村山陽奈子, 栗田伸之, 田中秀数, 橋本顕一郎, 水上雄太, 芝内孝禎, 松田祐司
Organizer
日本物理学会(2021年秋季大会)
Related Report
-
[Presentation] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3の磁場中熱伝導測定2021
Author(s)
下邨真輝, 鵜飼柚希, 末次祥大, 笠原裕一, 浅場智也, 村山陽奈子, 栗田伸之, 田中秀数, 橋本顕一郎, 水上雄太, 芝内孝禎, 松田祐司
Organizer
日本物理学会(2021年秋季大会)
Related Report
-
-
[Presentation] キタエフ物質α-RuCl3における電子線照射の影響2021
Author(s)
今村薫平, 田中桜平, 水上雄太, 原澤龍平, 橋本顕一郎, 栗田伸之, 田中秀数, 山田昌彦, 藤本聡, 松田祐司, E.-G. Moon, M. Konczykowski, 芝内孝禎
Organizer
日本物理学会(第75回年次大会)
Related Report
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] α-RuCl3のキタエフスピン液体状態における半整数異常熱ホール効果2020
Author(s)
横井太一, 馬斯嘯, 笠原裕一, 笠原成, 芝内孝禎, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, C. Hickey, S. Trebst, 松田祐司
Organizer
日本物理学会(2020年秋季大会)
Related Report
-
-
-
-
-
[Presentation] Magnetic Excitations of Frustrated Quantum Spin Systems2019
Author(s)
N. Kurita, Saya Ito, H. Tanaka, D. Yamamoto, T. Kanesaka, N. Furukawa, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, K. Nawa, T. J. Sato, S. Itoh, K. Kuwahara, and K. Kakurai
Organizer
2019 The 1st Workshop on Inelastic Neutron Scattering in Asia
Related Report
Int'l Joint Research / Invited
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] α-RuCl3における熱輸送とIr置換効果2019
Author(s)
冨永貴弘, 横井太一, 馬斯嘯, 笠原裕一, 佐藤雄貴, 村山陽奈子, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, C. Hickey, S. Trebst, Chunhyeon Lee, Kwang-Yong Song, 芝内孝禎, 松田祐司
Organizer
日本物理学会(2019年秋季大会)
Related Report
-
-
[Presentation] CsFeCl3の圧力誘起磁気相のESRによる研究2019
Author(s)
鈴木哲平, 奥藤涼介, 齋藤佑, 原茂生, 櫻井敬博, 高橋英幸, 大久保晋, 太田仁, 松本正茂, 栗田伸之, 田中秀数
Organizer
日本物理学会(2019年秋季大会)
Related Report
-
-
-
-
-
-
-
-