2021 Fiscal Year Annual Research Report
ブリージング異方性の制御によるカゴメ反強磁性体の異常磁気物性の開拓
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21H01035
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
吉田 紘行 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (30566758)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鳴海 康雄 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (50360615)
井原 慶彦 北海道大学, 理学研究院, 講師 (80598491)
石井 裕人 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (40897211)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ブリージングカゴメ反強磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は1/9磁化プラトーを示す古典カゴメ反強磁性体Li2Cr3SbO8においてブリージング異方性および量子性を摂動パラメータとして制御し、それらが磁気状態にどのような影響を与えるのかを明らかにし、カゴメ反強磁性体研究の新たなフロンティアの開拓を目指すものである。2021年度は、主に以下に記す2つの項目について研究を進め、具体的な成果を得る事に成功した。
1. 化学修飾および物理的圧力の印加によるブリージング異方性の制御を通して、1/9プラトーの安定性の評価と未知の量子相転移の探索を目指して研究を行なった。様々な修飾法を用いてLiサイトとSbサイトを化学置換することによるブリージング異方性の制御を試みたが、現段階で置換試料を得ることはできなかった。一方、物理圧力によるブリージング性の制御を並行して検討しており、圧力セルを用いた高圧下磁化測定の予備実験を進めることができた。
2. 1/9プラトーを含めた磁気状態に対する異方性の評価や、より本質的な磁性の解明を目指してLi2Cr3SbO8の単結晶育成に取り組んだ。本年度の研究の重要な成果として、Li2Cr3SbO8の単結晶を初めて育成することに成功した。最大で100μmとまだまだ結晶サイズは小さく課題は多いが、現在試みている結晶育成手法が概ね正しいことが分かった。次年度の研究によって、さらに大型の単結晶育成に取り組み、研究期間内での単結晶を用いた物性評価の完成に目処をつけたい。
研究体制としては、粉末X線回折装置、誘電率測定のためのLCRメーター、温度コントローラーなどを導入し、試料評価および物性評価を進める態勢を構築した。次年度以降、ブリージングカゴメネットワークの局所反転対称性の破れに起因した磁気誘電特性の探索なども円滑に行うことが可能である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度の研究における最大の成果は、1/9磁化プラトーを示すS = 3/2ブリージングカゴメ反強磁性体Li2Cr3SbO8の微小単結晶育成に成功したことである。物性研究における単結晶の重要性はよく知られた通りであり、単結晶を得ることでより本質的な磁気状態の評価が可能となる。特に、プラトーに関する異方性の解明、磁場中で発現が予想されるスピンネマティック状態やマグノン超固体状態などの実験的検証を可能とし、磁性物理学のフロンティアに対する重要な知見の獲得に繋がるものと期待される。2021年度までに得られている単結晶は最大で100 μm程度であり、まだバルク物性測定に利用することはできないが、本試料において実際に結晶化が生じることを見出したのは大きな成果であり、次年度以降の研究の進展が期待される。
ブリージング異方性を制御するための圧力実験についても予備実験が順調に進んでいる。一方、化学修飾によってブリージング異方性の制御を試みたものの、現段階では化学修飾試料の合成に成功しておらず、一層の工夫が必要である。
以上の理由から、2021年度の研究は概ね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に則り、物理圧力および化学圧力を用いたブリージング異方性の制御と、それによる1/9磁化プラトーの性質解明を進める。化学修飾試料はイオン交換や水熱法、高温高圧合成法を用いることで、広大なパラメータ空間にアクセスし効率的に推し進める予定である。
本研究課題を完成し、より豊かな成果を得るためには大型単結晶の育成を欠かすことができない。現段階では微小単結晶のみが得られている状況である。これは結晶成長過程で多核形成イベントが生じていることを示唆している。これまでの経験と結晶成長理論に加えて、機械学習を援用することで効率的な単結晶育成を目指している。単結晶を得ることにより、本物質におけるより本質的な磁性研究を推進することができ、そこから得られる知見はフラストレート磁性研究の発展に大きく貢献すると期待される。
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[Presentation] 擬一次元Ising型反強磁性体BaCo2V2O8における磁気励起の光学選択則 II2021
Author(s)
木村尚次郎, 大西弘明, 奥谷顕, 赤木暢, 鳴海康雄, 萩原政幸, 奥西巧一, 金道浩一, 何長振, 谷山智康, 伊藤満
Organizer
日本物理学会2021年秋季大会
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