Experimental investigation of the novel topological quantum magnets

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18F18025
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中辻 知 東京大学, 物性研究所, 教授 (70362431)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): RAY MAYUKH 東京大学, 物性研究所, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2020-03-31
• Keywords: ワイル半金属 / トポロジー / 幾何学的フラストレーション

Outline of Annual Research Achievements

パイロクロアIr酸化物R2Ir2O7 (R =希土類)はRサイトの幾何学的フラストレーションとスピン軌道相互作用の強いIrにより金属絶縁体転移から量子スピンアイスまで多彩な現象を示す。特にPr2Ir2O7は金属量子スピンアイスであり、ゼロ磁場・ゼロ磁化での自発的異常ホール効果を示し注目を集めている。光電子分光ではQuadratic band touchingが観測され、磁場や一軸圧力などにより強相関ワイル半金属になると考えられているが実験的な理解は進んでいない。そこで本研究ではパイロクロアIr酸化物をはじめとする様々な強相関トポロジカル物質を作成し、新規物性探索を行うことが目的であった。
本研究ではPr2Ir2O7やNd2Ir2O7などのパイロクロアIr酸化物、その他新規Ir酸化物の単結晶合成を行い、電気抵抗率を始めとする諸低温物性測定を行った。それに加えて、新規強相関ワイル磁性体の探索を行い、鉄を含むワイル磁性体候補物質の単結晶育成を多数行った。そのうち幾つかはワイル点起源と思われる大きな異常ホール効果及び異常ネルンスト効果を示した。これらの成果は現在論文として執筆中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

パイロクロアIr酸化物の合成については前任者から引き継ぎを行い、単結晶育成を一人で行えるようになった。加えて、仕込み組成の調整からアニール条件の見直しまで様々なファインチューニングを試し、さらなる純良化を試みた。電気抵抗率を始めとする低温物性測定からは高品質な試料が得られていることがわかった。今後これらの試料を用いて、熱膨張や磁歪測定を行う予定である。

Strategy for Future Research Activity

鉄を含むワイル磁性体についてはフラックス法や化学輸送法など様々な合成方法を試した結果、数mm角の単結晶が得られるようになった。これらの幾つかは大きな異常ホール効果と異常ネルンスト効果を示すことがわかった。この成果について現在論文を執筆中である。