2019 Fiscal Year Annual Research Report
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17H02917
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
木村 尚次郎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20379316)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川股 隆行 東北大学, 工学研究科, 助教 (00431601)
田中 秀数 東京工業大学, 理学院, 教授 (80188325)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電気磁気効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
TlCuCl3のマグノンボースアインシュタイン凝縮相において、マイクロ波領域で観測されたゴールドストーモードの方向二色性の強度が、以下の理論解析でよく説明されることを示した。すなわち、これまでの電気分極測定から決定したTlCuCl3の電気分極とスピン自由度を結びつける係数テンソルを用いて微視的理論によって電気双極子および磁気双極子遷移行列要素を求め、これに基づいて久保理論から計算した理論値と実験が良く一致することを示した。また、ESR信号の詳しい温度変化を測定して、マグノンボース凝縮相と無秩序相との間の相転移が一次転移となっている振る舞いを観測した。一次転移であること自体は過去に報告があったが、本研究においてこの一次転移がTlCuCl3のマグノンボース凝縮相に現れる電気分極と関係して起こっている可能性を指摘した。次年度にESRの周波数依存性等を測定しそのより詳細な理解を目指す。さらに、擬一次元量子磁性体BaCo2V2O8について偏光を用いた強磁場ESR測定を行った。この物質の磁場誘起朝永ラッティンジャー液体相において、過去にESR測定から多数の磁気励起モードが、波数変化がない通常の光学遷移では説明のつかない禁制遷移によって観測されているが、今回の測定によって、この禁制遷移の選択則がモードによって異なり、それそれ電気あるいは磁気双極子遷移によって励起されることが分かった。この電気双極子遷移は、本課題で提案しているスピンと電気分極の動的な結合によって生じていることが、BaCo2V2O8の結晶構造に基づく考察から明らかになりつつある。
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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
これまで観測したTlCuCl3の方向二色性の強度が、過去の測定で決定したスピン-電気分極結合の係数テンソルと久保理論に基づく計算結果に良く一致することを明らかにするとともに、新たな実験からマグノンボース凝縮の一次転移に関する知見や、他の量子磁性体における動的電気磁気結合の存在を示す結果が得られ研究が進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度に引き続いてTlCuCl3のサブミリ波領域に現れるスピン伸縮モードに関する方向二色性の観測のための強磁場ESR測定と、マグノンボース凝縮相で期待しているマグノンの非相反伝搬を実証するための強磁場熱伝導測定を進める。また、常磁性共鳴磁場からわずかにずれて観測されるマグノンボース凝縮相のミリ波帯に現れるESR信号が、一次転移を反映して転移温度近傍で常磁性共鳴信号と共存して観測されることが2019年度にわかったが、このESR信号の周波数変化を測定し、共存の振る舞いの磁場依存性を明らかにする。この一次転移はマグノンボース凝縮相に現れる電気分極とスピンの量子揺らぎに関係している可能性がある。そこで上記の磁場依存性に加えて、圧力によって量子揺らぎの強さを変化させた際の共存状態の変化を圧力下ESRで調べることも計画している。擬一次元量子磁性体BaCo2V2O8については理論家の協力を仰ぎ、動的密度行列繰り込み群等による精密理論計算との比較によって、禁制遷移の発現機構について定量的な理解を目指す。
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