2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development and Mechanism Elucidation of the Highly Thermal Conducting Materials using the Spin Heat Transport Phenomena
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16K06716
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
川股 隆行 東北大学, 工学研究科, 助教 (00431601)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピンによる熱伝導 / 低次元スピン系 / 鉄酸化物 / 単結晶育成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低次元量子スピン系の物質では、局在スピンが大きな熱を運ぶことが分かってきており、絶縁性の高熱伝導材料への応用が期待されている。本研究は、2次元スピン系の遷移金属酸塩化物や酸化物に注目し、その大型単結晶を育成して熱伝導を測定することによって、（目的Ⅰ）高スピン熱伝導「室温で50W/Km」を有する物質を創製すること、（目的Ⅱ）高スピン熱伝導の機構「スピン量子数Sとスピン熱伝導の大きさの関係」を解明することを目的としている。今年度は、LaSrFeO4に対して研究を行った。
LaSrFeO4はFeO2面を持ち、FeイオンのS=5/2スピンからなる２次元スピン正方格子が形成されている。LaSrFeO4の単結晶を浮遊帯域法で育成し、得られた単結晶の熱伝導率を測定した。その結果、FeO2面に垂直方向は、20K付近にフォノンによる熱伝導の寄与であるブロードなピークのみが観測され、FeO2面に平行方向では、110 Kに大きなピークが観測された。そして、不純物置換効果や磁場効果の結果から、この110Kのピークがスピンによる熱伝導の寄与であることがわかった。世界で初めて、S=5/2の２次元スピン系で大きなスピンによる熱伝導の観測に成功した。
LaSrFeO4では、スピンによる熱伝導は、110Kの低温でピークを示した。これは、S=1/2の２次元スピン系La2CuO4の300Ｋと比べて低温である。この理由は、LaSrFeO4の再隣接スピン間の交換相互作用Jが小さいためと考えられる。しかし、スピンによる熱伝導の大きさは12W/Kmであり、S=1/2の２次元スピン系で観測されている値と同程度であった。これは、2次元スピン系におけるスピンによる熱伝導の大きさは、Sに依存しない可能性がある。このようなスピンによる熱伝導機構を明らかにするためには、異なるSの値を持つ物質による熱伝導率の測定が必要である。
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Research Products
(14 results)
