スピン1/2カゴメ銅鉱物における量子スピン液体状態の解明

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21740246
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡本 佳比古 The University of Tokyo, 物性研究所, 助教 (90435636)
• Keywords: フラストレーション / スピン液体 / カゴメ格子 / 量子スピン / 銅鉱物

Research Abstract

平成22年度に、新しいスピン1/2カゴメ格子反強磁性体である、(1)ベシニエイトBaCu3V2O8(OH)2、及び、(2)CdCu3(NO3)2(OH)6・H2Oの純良試料の合成及び物性測定を行った。
(1)ベシニエイトBaCu3V2O8(OH)2ベシニエイトは銅の天然鉱物であり、理想的なスピン1/2カゴメ格子反強磁性体のモデル物質として期待できる物質である。報告者はBaCu3V2O8(OH)2の単相試料の人工合成に初めて成功し、磁化率及び比熱測定を行った。その結果、本物質がカゴメ格子にスピンが配列したスピン1/2反強磁性体であり、幾何学的フラストレーションの効果によって2Kまで長距離秩序・スピングラス転移を示さないことを明らかにした。低温では短距離秩序の発達が見られるが、スピンギャップは現れず、基底状態は何らかのギャップレススピン液体状態にある。
(2)CdCu3(NO3)2(OH)6・H2O新しいスピン1/2カゴメ格子反強磁性体の理想的なモデル物質の候補として、CdCu3(NO3)2(OH)6・H2Oに注目した。本物質はこれまで単相で得られていなかったが、水熱合成法を用いることにより純良な単相試料を得ることができた。磁化率・比熱を測定したところ、スピン1/2の反強磁性体であり、4Kで弱強磁性相に相転移することが明らかになった。この弱強磁性相は、何らかの原因でスピンが傾いた傾角反強磁性相である。今後、この磁気秩序相の磁気構造を明らかにする予定である。

Research Products

• [Journal Article] High-Field ESR Measurements of S=1/2 Kagome Lattice Antiferromagnet BaCu3V2O8(OH)2 (2010)
  • Author(s): W.-M.Zhang, H.Ohta, S.Okubo, M.Fujisawa, T.Sakurai, Y.Okamoto, H.Yoshida, Z.Hiroi
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. 79 Pages: 023708-1-023708-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vesignieite BaCu3V2O8(OH)2 as a Candidate Spin-1/2 Kagome Antiferromagnet (2009)
  • Author(s): Y.Okamoto, H.Yoshida, Z.Hiroi
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. 78 Pages: 033701-1-033701-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] カゴメ格子上に配列したスピン:銅鉱物ベシニエ石 (2009)
  • Author(s): 岡本佳比古、広井善二
  • Journal Title: 固体物理 44 Pages: 473-480
• [Journal Article] Magnetization "Steps" on a Kagome Lattice in Volborthite (2009)
  • Author(s): H.Yoshida, Y.Okamoto, T.Tayama, T.Sakakibara, M.Tokunaga, A.Matsuo, Y.Narumi, K.Kindo, M.Yoshida, M.Takigawa, Z.Hiroi
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. 78 Pages: 043704-1-043704-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase Diagram and Spin Dynamics in Volborthite with a Distorted Kagome Lattice (2009)
  • Author(s): M.Yoshida, M.Takigawa, H.Yoshida, Y.Okamoto, Z.Hiroi
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett 103 Pages: 077207-1-043704-4
  • Peer Reviewed
• [Presentation] スピン1/2カゴメ格子反強磁性体の銅鉱物の強磁場磁化過程 (2010)
  • Author(s): 岡本佳比古
  • Organizer: 日本物理学会第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山市
  • Year and Date: 2010-03-21
• [Presentation] スピン1/2カゴメ格子磁性体の物質探索 (2010)
  • Author(s): 岡本佳比古
  • Organizer: 第36回化合物新磁性研究会
  • Place of Presentation: 東京都新宿区
  • Year and Date: 2010-01-28
• [Presentation] スピン1/2カゴメ格子反強磁性体BaCu3V2O8(OH)2の磁性II (2009)
  • Author(s): 岡本佳比古
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本市
  • Year and Date: 2009-09-27
• [Presentation] スピン1/2カゴメ格子反強磁性体CdCu3(OH)6(NO3)2・H2Oの磁性 (2009)
  • Author(s): 岡本佳比古
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本市
  • Year and Date: 2009-09-25
• [Presentation] Vesignieite BaCu3V2O8(OH)2 as a candidate spin-1/2 kagome antiferromagnet (2009)
  • Author(s): 岡本佳比古
  • Organizer: International Conference on Magnetism 2009
  • Place of Presentation: Karlsruhe, Germany
  • Year and Date: 2009-07-30