Spinon band crossing and inversion in one-dimensional antiferromagnet
| Project/Area Number |
23K03296
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
那波 和宏 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (10723215)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | バンド反転 / スピノン / ジャロシンスキー・守屋相互作用 / ジャロシンスキー守谷相互作用 |
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| Outline of Research at the Start |
スピン-軌道相互作用の引き起こす波動関数のトポロジーの概念は電子だけでなくマグノンやトリプロン等の磁気準粒子においても発生することが明らかになりつつある。本研究課題では電子と同じ統計性を有する磁気準粒子であるスピノンに関して実験的な検証を行う。具体的には比較的大きく一様なジャロシンスキー・守屋相互作用を有する一次元量子磁性体Ca3ReO5Cl2を舞台に、単結晶試料を用いた磁場下中性子非弾性散乱実験を行う。左巻きと右巻きにねじれたモード間のバンド交差及びバンド反転を観測し、スピノン波動関数の位相のねじれを検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子系におけるトポロジカル絶縁体の発見をきっかけに、波数空間における波動関数の繋がり方のねじれが多様な電子物性を示すことが見出されている。スピン-軌道相互作用は電子のスピン縮退を解いて電子バンドの反転現象を引き起こし、それに伴って電子波動関数に繋がり方のねじれを発生させる。このような波動関数のトポロジーの概念は電子系のみならず絶縁体にも適用され、ジャロシンスキー・守屋相互作用がマグノンやトリプロン等の磁気準粒子の波動関数の繋がり方のねじれを引き起こすとされる。本研究課題では研究対象を一次元量子磁性体Ca3ReO5Cl2に設定し、電子と同じ統計性を有する磁気準粒子であるスピノン波動関数の繋がり方のねじれを実験的検証を行うことが最終目標である。初年度は単結晶試料を用いた中性子回折実験を進め、本物質におけるらせん磁気構造を明らかにした。この磁気構造はある一次元鎖では磁気モーメントの向きが左巻きにねじれているが、隣の一次元鎖では右巻きにねじれるという特徴がある。この特徴的な磁気構造は、磁気モーメントのねじれが一次元鎖内の一様なジャロシンスキー・守屋相互作用によって誘起されており、かつその相互作用が隣り合う一次元鎖同士で正負逆に作用することで説明される。過去の中性子非弾性散乱測定からわずかに波数の正方向と負方向に分裂した3本のマグノンの分散関係が観測されていたが、基底状態の磁気構造が明らかになったことで、この波数シフトが一様なジャロシンスキー・守屋相互作用によって誘起されていることが実験的に立証された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度は単結晶試料の育成と単結晶試料の中性子回折実験によって一次元量子磁性体Ca3ReO5Cl2の基底状態を明らかにすることを目標に設定している。単結晶試料のさらなる大型化には成功していないが、他方で磁気構造は明らかになったため、おおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
二年目以降は単結晶中性子非弾性散乱実験によるスピノンのバンド交差の観測、磁場中単結晶中性子非弾性散乱実験によるスピノンのバンド反転の観測を予定している。これらを実現するために、引き続きフラックス法・ブリッジマン法による単結晶試料の大型化を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
