2022 Fiscal Year Annual Research Report
フラストレーション格子磁性体における新奇トポロジカル電子物性の開拓
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21K13871
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上田 健太郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40835336)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / トポロジカル物質 / フラストレート磁性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、フラストレーション格子磁性体であるパイロクロア型酸化物におけるトポロジカル物性の開拓をおこなった。令和四年度は、(a)パイロクロア型イリジウム酸化物Pr2Ir2O7におけるスピンアイス的な長距離磁気秩序の形成と磁場誘起気液相転移、(b)パイロクロア型イリジウム酸化物の金属絶縁体転移近傍における巨大な熱電応答、(c)パイロクロア型モリブデン酸化物におけるフィリング制御型金属絶縁体転移と強い異方性を持つ幾何学的ホール効果、を発見し、成果としてまとめた。
(a)これまでPr2Ir2O7は低温まで磁気秩序がなく、さらに自発的なホール効果が生じることから、スピンカイラリティーが有限となる量子スピン液体が生じていると報告されていた。本課題では、放射光X線による超精密結晶構造解析により、イリジウム元素の欠損が少ない結晶では長距離秩序が生じることを見出した。その磁気構造は、スピンアイスルールに則ったもので、遍歴電子系では初めての例となった。さらに、磁場によるメタ磁性転移に伴って抵抗率やホール効果が大きく変化することを見出し、トポロジカル電子状態との関連を理論計算と併せて議論した。
(b)パイロクロア型イリジウム酸化物の量子臨界近傍においては、温度・磁場・圧力により金属絶縁体転移が生じることが知られていたが、トポロジカル電子状態との関連は不明であった。本課題では、フェルミ準位近傍の電子状態に敏感な熱電効果によって量子臨界点近傍を精査し、強磁性酸化物の中でも極めて大きいネルンスト効果が生じていることを見出した。これは、磁場によってワイル点が生じていることに起因すると考えられる。
(c)これまでの幾何学的ホール効果の研究は、長距離秩序した磁性体が中心であった。本課題ではキャリアの高ドープによって常磁性金属Tb2Mo2O7の作成し、スピンカイラリティーに由来したホール効果の検出に成功した。
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