Spin Seebeck effect of quantum spin liquid states

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K18730
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 下澤 雅明 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (40736162)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 量子常磁性状態 / 量子常誘電状態

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、① H-EDTで実現が期待されている「π電子のスピン自由度」と「水素結合上のプロトン自由度」が結合した新しい量子液体状態を理解するために、３つの置換体（② H-ST、③ H-EDT-d4、④ H-EDSe）の熱伝導率測定を行った。本研究で着目した熱伝導率(κ)測定は輸送測定であるので、遍歴スピン励起とプロトンの量子揺らぎに極めて敏感という特徴を持っているので、本系の研究には適している。
我々の極低温までの熱伝導率測定の結果、上記の３つの置換体全てにおいて、従来の物質 ① H-EDTと同様の温度依存性を示すことが分かった。具体的には、プロトン揺らぎの存在する高温では、κ/Tが抑えられているが、1 ~ 3 K以下になるとκ/Tの急激な増大が見られた。これは、プロトンの量子揺らぎのエネルギースケールが、従来の① H-EDTと同程度であることを示唆しており、これまでに行った誘電率測定の結果ともおおよそ一致している。一方、絶対零度に向けて外挿したκ/T（残留項）は、わずかではあるが有限の値を示していることが分かった。有限の残留値が存在するということは、ギャップレスのスピン励起が存在していることを意味しており、これまでの磁気トルク測定の結果と一致している。このようなギャップレスの量子スピン液体が元素置換による影響を受けずに安定し続けるのは、従来の量子スピン液体の枠組みでは説明できない。これまでに我々が行ってきた誘電率測定・磁気トルク測定の結果を総括的に考えると、プロトンの量子揺らぎが新しい量子スピン液体の実現に重要な役割を果たしていると結論できる。これらの内容に関して、再現性などを確認した上で、近日中に論文として投稿する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Thermal-transport studies of kagome antiferromagnets (2020)
  • Author(s): Minoru Yamashita, Masatoshi Akazawa, Masaaki Shimozawa, Takasada Shibauchi, Yuji Matsuda, Hajime Ishikawa, Takeshi Yajima, Zenji Hiroi, Migaku Oda, Hiroyuki Yoshida, Hyun-Yong Lee, Jung Hoon Han and Naoki Kawashima
  • Journal Title: J. Phys.: Condens. Matter Volume: 32 Pages: 074001
  • DOI: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/ab50e9
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 熱伝導率の磁場方向依存性からみたUTe2の超伝導状態 (2020)
  • Author(s): 中川翔太, 細井優, 今西優人, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [Presentation] PrTr2Cd20(Tr=Pt, Rh)の電気輸送特性と温度磁場相図 (2020)
  • Author(s): 足立涼, 佐賀範彰, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 町田洋, 広瀬雄介, 土塔寛, 河野琢馬, 摂待力生
  • Organizer: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [Presentation] BiCh2系超伝導体LaO0.5F0.5BiSSeにおける弾性抵抗測定 (2020)
  • Author(s): 小江悠達, 細井優, 野村尚也, 下澤雅明, 井澤公一, 星和久, 後藤陽介, 水口佳一
  • Organizer: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [Presentation] キラル反強磁性体CsCuCl3のc軸熱輸送測定II (2019)
  • Author(s): 赤澤仁寿, 下澤雅明, 山下穣, 高阪勇輔, 秋光純, 土屋直人, 井上克也, J. Zaccaro, I. Gautier-Luneau, D. Luneau
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] バルク層状磁性体に生じる非従来型異方的超伝導 (2019)
  • Author(s): 櫻木俊輔, 佐々木秀, 明石遼介, 坂上良介, 黒田健太, C. Bareille, 橋本嵩広, 長島椿, 木下雄斗, 平田靖透, 下澤雅明, 浅井晋一郎, 土居抄太郎, 辻本直人, 國定聡, 野口亮, 黒川輝風, 東伸彦, 平田昂輝, T. K. Kim, C. Cacho, 益田隆嗣, 徳永将史, 和達大樹, 岡﨑浩三, 辛埴, 神原陽一, 山下穣, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] CeCoIn5における超低温下NMR測定 IV (2019)
  • Author(s): 斉木克祥, 山下穣, 下澤雅明, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
• [Presentation] Uniaxial strain effect on the BiCh2-based superconductor LaO0.5F0.5BiSSe (2019)
  • Author(s): Y. Oe, S. Hosoi, N. Nomura, M. Shimozawa, K. Izawa, K. Hoshi, Y. Goto, Y. Mizuguchi
  • Organizer: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of angle dependence of thermal conductivity in the heavy fermion superconductor UTe2 (2019)
  • Author(s): S. Nakagawa, S. Hosoi, Y. Imanishi, K. Ota, M. Shimozawa, K. Izawa, A. Nakamura, Y. Homma, F. Honda, D. Aoki
  • Organizer: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic-field-temperature phase diagram of PrPt2Cd20 by magnetoresistance and Hall resistivity (2019)
  • Author(s): R. Adachi, N. Saga, S. Hosoi, M. Shimozawa, K. Izawa, Y. Machida, Y. Hirose, H. Doto, R. Settai
  • Organizer: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 熱伝導率測定から見たUTe2の超伝導状態 (2019)
  • Author(s): 細井優, 中川翔太, 今西優人, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 第19回琉球物性研究会
• [Presentation] A non-linear Hall effect in a chiral nonmagnetic compound at zero field (2019)
  • Author(s): K. Matsuura, M. Akazawa, M. Shimozawa, S. Fujii, M. Qiu, T. Ueno, T. Takahashi, Y. Mizukami, K. Hashimoto, T. Shibauchi, J. Gouchi, M. Yamashita, Y. Uwatoko, K. Kobayashi
  • Organizer: TopoMat2019
  • Int'l Joint Research