Study of anomalous magnetic properties of breathing kagome antiferromagnets

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01035
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Yoshida Hiroyuki 北海道大学, 理学研究院, 教授 (30566758)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鳴海 康雄 大阪大学, 大学院理学研究科, 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, 助教 (40897211)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: フラストレート磁性 / ブリージングカゴメ反強磁性体

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we control the breathing anisotropy and the quantum fluctuation as perturbation parameters in the classical kagome antiferromagnet Li2Cr3SbO8, which shows a 1/9 magnetization plateau, and clarify their effects on the magnetic state, aiming to open a new frontier in kagome antiferromagnet research. We succeeded in growing single crystals (up to about 0.5 mm) for the first time, and developing Mn,Fe-substituted compounds. We elucidated that the 1/9 magnetization plateau did not occur in the Mn, Fe compounds. In the future, we expect to compare the differences in quantum fluctuation and breathing anisotropy between Cr and Mn, Fe compounds through detailed characterization of physical properties using single crystals, which will lead to a comprehensive understanding of the anomalous magnetic properties of breathing kagome antiferromagnets.

Free Research Field

固体物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではフラストレート磁性体の研究において、ブリージング異方性を摂動とする量子現象の実験的研究を切り開いた。ブリージング異方性が、磁場中量子状態（1/9プラトー）を誘起すること、さらに強磁場中では1/3磁化プラトーも逐次的に生じることが見出されており、これらの結果はブリージング異方性がカゴメ反強磁性体に与える影響を顕著に示している。ブリージング異方性を駆動力とする磁場中量子現象の開拓はフラストレート磁性体研究のフロンティアに成り得ると同時に、新しい量子状態探索の指針を提案したことを意味しており、学術的に重要な意義をもつ。