スピン・マルチプレットの磁気光散乱を用いた磁性研究

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22540350
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 黒江 晴彦 上智大学, 理工学部, 准教授 (40296885)
• Keywords: マルチフェロイック物質 / フラストレート系 / モット絶縁体 / 電荷移動 / 磁化測定 / 誘電率・分極測定 / 超高圧 / 光散乱

Research Abstract

本年度は、歪んだ四面体構造を持つ擬一次元量子スピン系Cu_3Mo_2O_9が、8K以下での反強磁性秩序の発現と共に、c軸方向の強誘電性とa軸方向の反強誘電性を同時に兼ね備えた特異な誘電特性を発現する事を明らかにしました。これは、当該物質がフラストレート・モット絶縁体での電荷再配列効果に起因したマルチフェロイック物質としての性質を持つ事を意味する画期的な結果です。中でも特徴的なのは、この物質のマルチフェロイック相が磁気的な超周期構造を持たずに実現する事です。この結果の一部は、Journal of the Physical Society of Japan (JPSJ)の原著論文として掲載され、Papers of Editors' Choice賞を受賞し、又JPSJの8、9月のTop 20 Most Downloaded Articlesになりました。この他にも「科学新聞(9/2号)」や「固体物理(2012年2月号)」といった、一般向けの新聞・雑誌等で紹介されました。
又、私の実験的な研究を受けて、理論的な研究が連携研究者の松本正茂によってなされました。その結果、スピン・マルチプレットの考え方を、磁性鎖と相互作用するスピン・ダイマー系に拡張する事に成功しました。この結果はJPSJの原著論文として掲載されました。当初の研究目的では「スピン・マルチプレットの考え方の適用限界を知る」としていましたが、この手法は私の予想を超えた幅広く適用可能である事が明らかになりました。
Cu_3Mo_2O_9の研究にリソースがある程度の集中したのですが、研究実施計画に記載したKCuCl3の光散乱を用いた測定に関しては、日本物理学会や国際会議(LT26)で発表を行ない、国の内外に研究成果を広めました。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画では、光散乱という限られた手法を用いてスピン・マルチプレットを研究する事を計画していたが、擬一次元量子スピン系と相互作用したスピン・ダイマー系にスピン・マルチプレットの考え方を適用できる事を明らかにしたことや、マルチフェロイック物質としての性質をスピン・マルチプレットの考え方で記述できるなどの当初計画の想定を超えた結果が得られました。そのため当初の計画以上に進展していると判断しました。

Strategy for Future Research Activity

当初は光散乱という限定的な手法を用いた研究を計画していました。しかしながら、磁気的な超周期構造を持たずにスピン系に由来した強誘電性が発現するCu_3Mo_2O_9という物質が発見され、この物質の磁気的、誘電的、熱力学的な研究が、本研究の最終目標であるスピン・マルチプレットの考え方を発展させることに直結することがわかったので、次年度はもう少しCu_3Mo_2O_9の研究に重点を置きたいと思います。幸いに実験結果と定量的な比較ができる理論が構築されているので、例えば、強磁場下での磁気測定、誘電測定、分極測定、焦電流測定を行うことで、スピン・マルチプレットの新しい性質を実験的にも理論的にも示せると考えています。

Research Products

• [Journal Article] Magnetic Excitation and Electric Polarization in Strongly Coupled Spin Monomer and Dimer System Cu_3Mo_2O_9 (2012)
  • Author(s): M.Matsumoto, H.Kuroe, T.Sekine, M.Hase
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 81 Pages: "024711-1"-"024711-14"
  • DOI: DOI:10.1143/JPSJ.81.024711
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] マルチフェロイック物質Cu_3Mo_2O_9 (2012)
  • Author(s): 黒江晴彦、関根智幸、長谷正司
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 552 Pages: 79-87
• [Journal Article] Electric Polarization induced by Neel Order without Magnetic Superlattice : Experimental Study of Cu_3Mo_2O_9 and Numerical Study of a Small Spin Cluster (2011)
  • Author(s): H.Kuroe, T.Hosaka, S.Hachiuma, T.Sekine, M.Hase, K.Oka, T.Ito, H.Eisaki, M.Fujisawa, S.Okubo, H.Ohta
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 80 Pages: "083705-1"-"083705-4"
  • DOI: DOI:10.1143/JPSJ.80.083705
  • Peer Reviewed
• [Presentation] マルチフェロイック物質(Cu,Zn)_3Mo_2O_9の磁場-温度相図 (2012)
  • Author(s): 八馬傑, 保坂朋宏, 伊藤龍亮, 長谷川卓哉, 黒江晴彦, 赤木暢, 桑原英樹, 関根智幸, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] マルチフェロイック物質(Cu,Zn)_3Mo_2O_9の磁化測定 (2012)
  • Author(s): 保坂朋宏, 伊藤龍亮, 長谷川卓哉, 八馬傑, 黒江晴彦, 関根智幸, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] マルチフェロイック物質Cu_3Mo_2O_9の強磁場磁化・分極測定 (2012)
  • Author(s): 長谷川卓哉, 保坂朋宏, 伊藤龍亮, 八馬傑, 黒江晴彦, 関根智幸, 木原工, 徳永将史, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋, 松本正茂
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] マルチフェロイック物質Cu_3Mo_2O_9の交差相関 (2012)
  • Author(s): 伊藤龍亮, 保坂朋宏, 長谷川卓哉, 八馬傑, 黒江晴彦, 関根智幸, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] 一次元鎖とダイマーからなる磁性Cu_3Mo_2O_9のCu-NMR IV (2012)
  • Author(s): 晦日慶太, 土井憲一, 浜崎智彰, 黒江晴彦, 後藤貴行, 関根智幸, 佐々木孝彦, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] 一次元鎖とダイマーからなる磁性Cu_3Mo_2O_9のCu-NMR III (2011)
  • Author(s): 晦日慶太, 土井憲一, 浜崎智彰, 黒江晴彦, 後藤貴行, 関根智幸, 佐々木孝彦, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] 擬一次元反強磁性体Cu_3Mo_2O_9の電気的性質II (2011)
  • Author(s): 黒江晴彦, 保坂朋宏, 八馬傑, 関根智幸, 赤木暢, 桑原英樹, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 擬一次元反強磁性体Cu_3Mo_2O_9の磁場中誘電率III (2011)
  • Author(s): 八馬傑, 保坂朋宏, 木野亮, 黒江晴彦, 関根智幸, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 1本のGaNナノコラムの電気伝導II (2011)
  • Author(s): 加藤雄也, 中田洋平, 安藤豪紀, 生井達也, 黒江晴彦, 関根智幸, 菊池昭彦, 岸野克巳, 青木伸之, 落合勇一
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 1本のGaNナノコラムの顕微ラマン散乱II (2011)
  • Author(s): 三井真太郎, 家近幸子, 佐藤輔, 黒江晴彦, 関根智幸, 菊池昭彦, 岸野克巳
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] GaNナノ構造における表面フォノンのラマン散乱II (2011)
  • Author(s): 岩谷龍治, 小松悠二, 清水亜希恵, 黒江晴彦, 関根智幸, 山野晃司, 菊池昭彦, 岸野克己
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Longitudinal Magnetic Excitation in KCuCl_3 Studied by Raman Scattering under Hydrostatic Pressures (2011)
  • Author(s): H.Kuroe, N.Takami, M.Niwa, T.Sekine, Matsumoto, F.Yamada, H.Tanaka, K.Takemura
  • Organizer: 26th International Conference on Low Temperature Physics
  • Place of Presentation: 北京(中国)
  • Year and Date: 2011-08-12
• [Presentation] Magnetic and Electric Properties in the Distorted Tetrahedral Spin Chain System Cu_3Mo_2O_9 (2011)
  • Author(s): T.Hosaka, S.Hachiuma, H.Kuroe, T.Sekine, M.Hase, K.Oka, T.Ito, H.Eisaki, M.Fuzisawa, S.Okubo, H.Ohta
  • Organizer: 26th International Conference on Low Temperature Physics
  • Place of Presentation: 北京(中国)
  • Year and Date: 2011-08-11
• [Presentation] Cu-NMR study on dimer-chain complex quantum spin system Cu_3Mo_2O_9 (2011)
  • Author(s): K.Misoka, K.Doi, T.Hamasaki, H.Kuroe, T.Goto, T.Sekine, T.Sasaki, M.Hase, K.Oka, T.Ito, H.Eisaki
  • Organizer: 26th International Conference on Low Temperature Physics
  • Place of Presentation: 北京(中国)
  • Year and Date: 2011-08-11