2021 Fiscal Year Research-status Report
Realization of Kondo Spin Liquid
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21K03449
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
小林 理気 琉球大学, 理学部, 助教 (40614673)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | シャストリーサザーランド四面体格子 / スピンダイマー / 中性子非弾性散乱 / スピン液体 / Valence Bond Solid / 近藤効果 / 4f電子 / Ce金属間化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではCe5Si3とCe5Ga2Geが示すスピンダイマー(SD)基底状態に対して微視的な実験からより詳細な解析を行い，またこれら試料の圧力印加実験を行うことで，SD基底状態が圧力に対してどの様な応答を示すのか明らかにすることを目的として研究を行っている．当該年度は計画通り中性子非弾性散乱実験という微視的な実験手法を用いてCe5Si3とCe5Ga2Geのスピンダイマー基底状態のギャップサイズの決定と，そのギャップの磁場や波数空間依存性などについて明らかにした．実験はJ-PARC/MLFに設置の高分解能チョッパー分光器HRCを利用し，Ce5Si3とCe5Ga2Geの疑似粉末試料を用いた非弾性散乱実験を行った．その結果，
1．Ce5Si3において約0.5meVのスピンギャップを観測することに成功し，この物質のSD基底状態の微視的な証拠を得ることに成功した．
２．通常d電子系化合物が示すSDの三重項励起状態は縮退しているが，この物質では3つの励起状態大きく分裂しており，縮退が解けていることを明らかにした．これはf電子系化合物によるSD特有の性質である可能性が高い．
３．観測されたSDの励起状態は明確な波数依存性持っており，このSDがシンプルな孤立ダイマーモデルでは説明できないことを明らかにした．
４．同じ結晶構造と似たようなSD形成温度を持つにも関わらずCe5Ga2Geでは明確なスピンギャップは観測されず，ギャップレスの磁気分散のような振る舞いが観測された．これはCe5Si3とCe5Ga2Geの非磁性基底状態の起源が異なっている可能性を示しているのかもしれない．
などの有意義な研究の進展が見られた．次年度はこれらの結果を受け，より詳細な磁気散乱の波数依存性を明らかにするために，計画の一部を変更してこれらの試料の単結晶試料を用いた中性子非弾性散乱を実施する予定である．
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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
当該年度に計画していた実験は全て実施することができた．
しかし予想を上回る興味深い実験結果が得られており，今後そちらにフォーカスすることで当初計画から遅れる可能性がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究ではCe5Si3とCe5Ga2Geが示すスピンダイマー(SD)基底状態に対して微視的な実験からより詳細な解析を行い，またこれら試料の圧力印加実験を行うことで，SD基底状態が圧力に対してどの様な応答を示すのか明らかにすることを目的として研究を行っている．
当初計画では2年目は圧力下での実験を中心に進める予定であったが，1年目の中性子非弾性散乱実験において予想を上回る興味深い結果を得ることができたので，計画を一部変更して2年目も継続して中性子非弾性散乱実験を実施することを考えている．特に1年目に実施した疑似粉末試料での中性子非弾性散乱実験では磁気散乱の詳細な波数依存性を明らかにすることは難しい．そこで2年目には新たに単結晶試料を用いた中性子非弾性散乱実験を実施することで観測された磁気散乱の詳細な波数依存性を明らかにしたい．また疑似粉末試料を用いた磁場中非弾性散乱の予備実験において磁場印加によるスピンギャップの変化が観測された．これも単結晶試料での印加磁場方向を制御した実験を行うことでメタ磁性転移磁場の前後でのSDにどのような変化が生じているのか微視的な実験から明らかにしたい．また2年目からは圧力下マクロ物性測定の準備も進める．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大を受けて所属学部からなるべく出張を控えるようにとの通達があり，出張をいくつかキャンセルしたことにより旅費を使用しなかった．
当初購入を予定していたアーク融解炉が価格の高騰により購入できなくなったため，その費用を別の研究費用に回した結果少し残額が出た．
アーク融解炉に関しては急遽他の共同研究者の装置を借りることができたので，新たにアーク融解炉を購入することは考えず，アーク融解炉を自作するか次年度に追加実施予定の中性子非弾性散乱実験の費用に回すことを考えている．
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