フラストレート系におけるトポロジカルな励起

• Project Area: Novel States of Matter Induced by Frustration
• Project/Area Number: 22014010
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 門脇 広明 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (70194876)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2011: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2010: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 磁性 / フラストレーション / フラストケーション

Research Abstract

スピンアイスにおける素励起が、磁気モノポールに類似した現象(専門用語では、3次元系におけるfractionalize可能なソリトン型励起)として理解可能であろうという理論的な考え方が注目されている。このモノポール励起は、新しい集団励起現象であり、また観測し難いこともあって、新しいアイデアに基づく実験が可能と考えられる。研究計画のひとつは、カゴメアイスDy2Ti207[111]磁場下での気液相転移の臨界点(Tc=0.36K,Hc=0.93T)近傍において多数生成されていると考えられている磁気モノポールを、AC磁場を用いて動かすことにより、AC磁化率として観測することであった。この実験は、大震災後の自主節電のためスタートが半年遅れてしまったが、2012年3月に行った実験では、予想に沿った形の非常に興味深い実験データが得られた。現在進行中の解析等も含めて論文にまとめる予定である。いくつか計画した中性子散乱実験は、原研(東海村)の研究用原子炉が地震のダメージ等により、現在も稼働できない状況であるため、実験できない状況になってしまっている。早期の再稼働を期待したい。この中性子散乱実験の代わりに、Tb2Ti2O7の研究に乗り出した。この系は、量子スピンアイス状態ではなかろうか?と推測されている系である。量子効果が働くスピンアイスでは、磁気モノポールが、Dy2Ti2O7のような古典的系に比較して良く動くことが期待できることが、この研究の基本的なアイデアである。Tb2Ti2O7の基底状態の実験研究は、再現性が得られないため難問と考えられていたが、Tb2+xTi2-xO7+yのxを微小量コントロールすることにより、スピン液体状態と長距離秩序状態の間をtuning可能であることが分かった。tuning可能であれば、今後大きな発展が期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Quantum spin fluctuations in the spin liquid state bf Tb_2Ti_2O_7 (2012)
  • Author(s): H.Takatsu, H.Kadowaki, T.J.Sato, W.Lynn, Y.Tabata, T.Yamazaki, K.Matsuhira
  • Journal Title: J.Phys. : Condens.Matter Volume: 24 Issue: 5 Pages: 052201-052201
  • DOI: 10.1088/0953-8984/24/5/052201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Absence of anomalous negative lattice-expansion for polycrystalline sample of Tb2Ti2O7 (2012)
  • Author(s): K.Goto
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 81 Issue: 1 Pages: 015001-015001
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.015001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evolution of two-step structural phase transition in Fe1+dTe detected by low-temperature x-ray diffraction (2012)
  • Author(s): Y.Mizuguchi
  • Journal Title: Solid State Commun. Volume: 152 Issue: 12 Pages: 1047-1051
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2012.03.022
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Fe1+dTe系における反強磁性転移と構造相転移 (2012)
  • Author(s): 水口佳一, 濱田健太朗, 高津浩, 後藤和基, 門脇広明, 他
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] Dy2Ti2O7のカゴメアイス状態における磁気モノポール (2012)
  • Author(s): 後藤和基, 高津浩, 門脇広明, 他
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] フラストレートしたパイロクロア磁性体Tb2Ti2O7のスピン液体状態の研究 (2012)
  • Author(s): 谷口智洋, 後藤和基, 高津浩, 門脇広明, 他
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] 重い電子Ce(Ru1-xRhx)2Si2の反強磁性量子相転移におけるランダムネスの効果 (2011)
  • Author(s): 田畑吉計, 門脇広明, 他
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] Tb2Ti2O7のスピン液体状態における量子スピン揺らぎ (2011)
  • Author(s): 門脇広明, 高津浩, 他
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] 三角格子反強磁性体PdCrO2の導電性と磁気秩序 (2011)
  • Author(s): 高津浩, 門脇広明, 他
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Dy2Ti2O7のカゴメアイス状態におけるカステレイン転移 (2011)
  • Author(s): 土居直弘, 高津浩, 門脇広明, 他
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 新潟大学
  • Year and Date: 2011-03-25
• [Presentation] Tb2Ti2O7は量子スピンアイスなのか (2011)
  • Author(s): 門脇広明, 高津浩, 他
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 新潟大学
  • Year and Date: 2011-03-25
• [Presentation] 三角格子反強磁性体PdCrO2の低温磁気構造 (2011)
  • Author(s): 高津浩, 太田真秀, 門脇広明, 他
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 新潟大学
  • Year and Date: 2011-03-25
• [Remarks]
  • URL: http://bb.phys.se.tmu.ac.jp/~bb/pukiwiki/index.php?NewsLett