Topological magnon bands in kagome antiferromagnets

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K14395
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 那波 和宏 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10723215)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: カゴメ格子反強磁性体 / マグノン / 中性子散乱

Outline of Annual Research Achievements

電子系において議論されているトポロジーの概念は電子系のみならずマグノン等のボソン系にも拡張できることが明らかにされつつある。本研究ではマグノンのバンドトポロジーに関する知見を得るため、電子系におけるスピン-運動量ロッキングの磁性体版に対応する擬スピン-運動量ロッキングをカゴメ格子反強磁性体ジャロサイトを舞台に検証することを目的とする。研究初年度においては単結晶試料の合成に着手し数十mg程度の大きさの単結晶試料の育成に成功した。二年度目においては主に重水素化した単結晶試料の合成に着手したが、十分な大きさの単結晶試料を得るには至らなかった。そこで、最終年度においてはバックアッププランとして軽水素試料50mgを用いた中性子非弾性散乱実験を行い、Γ点からM点にかけて3本のマグノンモードの分散を観測した。この内バンド交差する2本の散乱強度の波数変化からマグノンバンドの波動関数が議論できると期待される。
平行してブリージングカゴメ格子反強磁性体Yb3Ni11Ge4の磁性を中性子散乱によって研究した。中性子非弾性散乱実験によって観測された結晶場励起から各Yb3+イオンの波動関数を決定し、かつ同じく中性子非弾性散乱実験によって観測された低エネルギー励起からこれらの擬スピン1/2間の磁気相互作用の存在を明らかにした。さらに、スピン-運動量ロッキングの舞台として期待できるハニカム格子反強磁性体としてRuX3（X=Br,I）を見出す等の副次的な成果も得られた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Oak Ridge National Laboratory
• [Int'l Joint Research] ANSTO(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: ANSTO
• [Presentation] 擬スピン1/2ブリージングカゴメ格子磁性体Yb3Ni11Ge4.63の中性子非弾性散乱 (2023)
  • Author(s): 那波 和宏，高橋 満，奥山 大輔，佐藤 卓
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] スピン1/2フラストレート正方格子磁性体2VOSO4・D2SO4・3D2O における磁気相互作用制御 (2023)
  • Author(s): 那波 和宏
  • Organizer: 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」第2回量子物質開発フォーラム
• [Presentation] 4G GPTASのトリセツ (2022)
  • Author(s): 那波 和宏，Wu Hung-Cheng，奥山 大輔，佐藤 卓
  • Organizer: 日本中性子科学会2022年次大会（JSNS2022）
  • Invited
• [Presentation] J1-J2フラストレート正方格子磁性体2VOSO4・D2SO4・D2O"の磁気相互作用制御 (2022)
  • Author(s): 那波 和宏，柴田 将弥，佐藤 卓
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] Magnetism of pseudospin-1/2 pyrochlore antiferromagnet Na3Co(CO3)2Cl (2022)
  • Author(s): Kazuhiro Nawa, Ryo Murasaki, Clarina Dera Cluz, Shinichi Itoh, Hiraku Saito, Hiroyuki Nojiri, Daisuke Okuyama, Masahiro Yoshida, Daichi Ueta, Hideki Yoshizawa, and Taku J. Sato
  • Organizer: US-Japan workshop "Neutron Scattering on continuous sources future developments",
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic excitations in the spin-1/2 anisotropic triangular lattice antiferromagnet Ca3ReO5Cl2 (2022)
  • Author(s): Kazuhiro Nawa
  • Organizer: 4th international workshop on quantum matter quantum many-body dynamics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Magnetic structure and excitations of the Kitaev model candidate RuBr3 (2022)
  • Author(s): Kazuhiro Nawa, Takumi Hiraoka, Yoshinori Imai, Ryo Murasaki, Pharit Piyawongwatthana, Maiko Kofu, Richard Mole, Wakana Yamada, Hideyuki Fujihara, Ryotaro Takahashi, Masato Hagihala, Shuki Torii, Hirotada Gotou, Kenya Ohgushi, Taku J Sato
  • Organizer: ICNS2022, Online, August, 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural and magnetic characterization of Cu2OSeO3 polymorph synthesized under high-pressure (2022)
  • Author(s): H. C. Wu, D. Okuyama, K. Nawa, W. T. Chen, C. H. Lu, T. W. Yen, S. M. Huang, S. Calder, D. Morikawa, M. Terauchi, S. Torri, and T. J. Sato
  • Organizer: 「量子液晶の物性科学」令和4年度領域研究会
• [Presentation] 量子三角格子磁性体Ba3Yb(BO3)3の中性子非弾性散乱 (2022)
  • Author(s): 松坂信之介, 那波和宏, H.C.Wu, 奥山大輔, 佐藤卓
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会 2022年9月15日
• [Presentation] 粉末中性子回折によるハニカム格子様化合物Pb6Co9(TeO6)5の磁気構造研究 (2022)
  • Author(s): 平岡巧, 那波和宏, 谷口貴紀, 佐藤卓
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会 2022年9月13日