2018 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum transport by coupling between local structure and macroscopic phase
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15K05192
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
森 道康 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (30396519)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小椎八重 航 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (20273253)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高温超伝導 / 磁気励起 / フォノンホール効果 / スピン液体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
局所構造の変化が、磁場下において横熱伝導度を誘起する現象(熱ホール効果)について研究を行った。熱ホール効果とは、熱の流れに対して垂直に磁場を与えたとき、この両者に直交する方向に温度差が生じる現象である。熱流がフォノンによって運ばれる場合は、特に「フォノンホール効果」と呼ばれる。元々、非磁性絶縁体Tb3Ga5O12で観測された現象であるが、絶縁体Ba3CuSb2O9 (BCSO)においても同様な現象が報告されている。BCSOは、Cu2+イオンの蜂の巣構造を有し、約50Kのスピンギャップを持ち、磁気長距離秩序を示さない。従って、50K以下の低温領域における熱輸送は、フォノンによって支配されると考えられる。つまり、BCSOの熱ホール効果は、フォノンホール効果だということになる。それでは、BCSOにおけるフォノンホール効果の起源は何か？本研究では、この問いに対する機構を示した。重要だったのは、BCSOに内在する「組み残しスピン」であった。 組み残しスピンは、Cu2+六角形の中心に位置する不純物Cu2+スピンで、低温の熱伝導率を支配している。組み残しスピンを含む六角形のスピンクラスターに、ヤーン・テラー歪みが加わると四重極対称の電荷再配置が起こることを見出した。これは、BCSOにおけるスピン-フォノン結合を与え、スピンクラスターによるフォノンのスピンフリップ散乱が可能となる。これこそがBCSOにおけるフォノンホール効果の起源だと考えられる。また、銅酸化物高温超伝導体の磁気励起スペクトルの計算を行い、正孔ドープと電子ドープの違いを示した。
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