超強磁場が誘起する磁性体の量子相転移の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13130203
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 金道 浩一 大阪大学, 極限科学研究センター, 教授 (20205058)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂井 徹 東北大学, 理学研究科, 助教授 (60235116) ; 萩原 政幸 理化学研究所, 磁性研究室, 副主任研究員 (10221491) ; 小林 達生 大阪大学, 極限科学研究センター, 助教授 (80205468)
• Keywords: 強磁場 / パルスマグネット / 磁化測定 / 非磁性基底状態 / 酸素分子 / 量子スピン / スピン梯子鎖 / SPring-8

Research Abstract

阪大強磁場に設置された非破壊パルスマグネットを用いて70テスラまでの強磁場磁化測定を行い、低温で非磁性状態となる様々な試料について強磁場が誘起する磁気的な状態を調べ、「磁化の非線形な増加」や「磁化プラトー」の観測によりその量子状態の解明を行った。中でも、最も進展が見られたのは吸着酸素の磁性に関する研究であった。酸素分子はそれ自体がS=1を持つ磁性分子であり、低温における凝縮状態では反強磁性の磁気秩序(ネール状態)を示す。この酸素分子をある種の一次元的な細孔を持つ錯体に吸着させたところ、低温でネール状態とは異なる非磁性状態となった。一方、SPring-8の放射光を用いた構造解析の結果、酸素分子は分子の長手方向と錯体の一次元方向とを揃える形で2列に規則正しく並んでいる様子が明らかとなり、上記非磁性状態がS=1のスピン梯子鎖に起因するものである可能性も考えられるようになった。このような状況で行われた磁化測定では50テスラ付近から非磁性状態が壊れ、磁気的な状態へと転移して、磁化が非線形な増加を始める様子が観測された。ただし、70テスラではまだ飽和磁化の半分にも到達していないため、基底状態に関する知見は得られていない。非磁性状態がS=1のスピン梯子鎖に起因するのであれば、必ず飽和磁化の半分の位置にプラトーが現れるはずであり、70テスラを越える磁場までの測定に挑戦する予定である。また、吸着する側の錯体の孔の面積はある程度まで制御可能であり、様々なサイズの孔に吸着された酸素の磁性についても研究を展開している。その過程で70テスラまでの測定で飽和を示すような物質を見つけ、基底状態について明らかにすることを計画している。

Research Products

• [Publications] R.Kitaura: "Formation of a one-dimensional array of oxygen in a microporous metal-organic solid"SCIENCE. 298. 2358 (2002)
• [Publications] K.Mukai: "High-field magnetization study of the doping effect of magnetic impurity on the organic spin-Peierls system : p-CyDOV radical crystal"J. Phys. Soc. Jpn.. 71. 2539 (2002)
• [Publications] A.Oosawa: "Field-induced magnetic ordering in the quantum spin system KCuCl_3"Phys. Rev. B. 66. 104399 (2002)
• [Publications] H.Kageyama: "Crossbreeding between experiment and theory on orthogonal dimmer spin system"Prog. Theor. Phys. Suppl.. 17 (2002)
• [Publications] K.Mukai: "High-field magnetization and magnetic susceptibility studies of the doping effect of nonmagnetic impurities on the organic spin-Peierls system : p-CyDOV radical crystal"J. Phys. Chem. B. 106. 3687 (2002)