2007 Fiscal Year Annual Research Report
パイロクロア格子上のスピン液体状態と非従来型異常ホール効果
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19014006
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中辻 知 The University of Tokyo, 物性研究所, 准教授 (70362431)
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| Keywords | 幾何学的フラストレーション / スピン液体 / スピングラス / スピンカイラリティ / 異常ホール効果 / パイロクロア格子 / 近藤格子 / 酸化物 |
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| Research Abstract |
"金属スピン液体"、"金属スピンアイス"を実現する物質を新しい異常量子物質と捉え、その磁場中の基底状態の詳細な研究から、そこで現れる非従来型の巨大異常ホール効果の起源を明らかにすることを目的として研究を進めてきた。具体的には、Pr_2Ir_2O_7を対象として、極低温での磁化・比熱測定から磁場中相図を確定し、スピン液体の振る舞いの起源を明らかにしてきた。Pr_2Ir_2O_7は金属磁性体としては大変珍しく、強いフラストレーションのために低温まで長距離秩序を形成しない。実際、20Kという高い反強磁性相互作用の温度スケールを持つのに対して、スピンの凍結現象が見られるのがそれよりずっと低温の〜0.2Kである。また、2K以下で局在スピンは、短距離の相関を持った常磁性(スピン液体)状態を形成し、これと結合した伝導電子が非従来型の異常ホール効果を示すことが分ってきた。この低温状態において磁化測定を行った結果、結晶主軸[111]方向のみにメタ磁性転移が現れることが分ってきた。このことから四面体上のスピンは2-in 2-outのスピンアイスに似た非平面的な局所構造を持っていることが分る。さらに、局在スピンがスカラ・カイラリティを持つこの低温常磁性状態において、自発的な異常ホール効果が現れることが明らかになってきた。また、高純度多結晶試料の作成に成功し、その結果、新しい磁気秩序状態が発言することを発見した。この状態はスピンアイスが秩序した状態に対応するものと考えられる。さらに、競合した磁気相関を持つ量子物質として、我々の開発したCa_<2-x>SrxRuO_4を取り上げた。Ca_<2-x>SrxRuO_4は軌道の秩序により、様々な基底状態をとる2次元の多重バンド型モット転移系である。モット転移近傍の重い電子状態でのメタ磁性転移の中性子実験の研究から、数テスラの磁場で強磁性状態に転移することを明らかにした。
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