2014 Fiscal Year Research-status Report
量子スピン液体の異方的励起構造と量子臨界現象の解明
| Project/Area Number |
24740252
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
山下 智史 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40587466)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 量子スピン液体 / 分子性固体 / 熱測定 / 強相関 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
分子性ダイマーMott絶縁体においては、本質的にスピンギャップのない励起構造をもつ量子スピン液体状態が実現する。本研究では、低温熱容量測定によりスピンギャップのない状態が特異点ではなく、量子スピン液体相として実現していることを示した。本年度は、量子スピン液体相と周辺相の関係を調べるために、主として電荷秩序-量子スピン液体混晶塩と電荷秩序―反強磁性混晶塩の熱容量を系統的に測定した。
電荷秩序-量子スピン液体混晶塩の測定では、磁化率測定では明瞭な非磁性化が観測されているにもかかわらず、熱容量には明瞭な相転移現象が現れないことを明らかにした。一方、混晶する基となる純粋な電荷秩序物質では電荷秩序転移に伴う明瞭な熱異常を検出した。混晶塩の熱容量における不明瞭な電荷秩序転移挙動は、不純物効果では説明できず、混晶系における電荷秩序転移が1次の相転移からクロスオーバーへと本質的に変化していることを示す結果である。
電荷秩序-反強磁性混晶塩の測定では、低温の電子熱容量係数、熱容量におけるブロードなHump構造、格子熱容量係数のいずれに関しても、量子スピン液体物質－隣接相物質混晶系の振る舞いを再現することを確認した。絶対値の観点では若干の差がみられたが、この原因は室温の結晶構造から計算される電子構造が必ずしも極低温における電子構造を反映していないことにより、電子構造を正確に評価できていないためと考えられる。
これらの混晶塩における系統的な熱容量測定の結果は、スピンギャップを持たない量子スピン液体が電子構造から決定される安定相として存在していることを示す結果である。また、異方的な三角構造が励起構造に関係していることも示しており、量子スピン液体の相挙動および異方的な励起構造に関する重要な知見を与えるものである。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の目的は、量子スピン液体相における量子臨界現象と異方的例構造の解明である。この量子臨界現象に関しては、相境界近傍における熱容量の異常な増大の検出という形で達成した。しかしながら、反強磁性-量子スピン液体相境界の探索において、Me4Sbをカチオンとする物質の反強磁性転移が不明瞭であるという課題が生じた。これにより、混晶系における反強磁性転移の確認など、熱容量測定以外によるキャラクタリゼーションに時間を要した。しかし、これらの作業もほぼ完了しており、現在研究発表の準備を行っている。
異方的励起構造に関しては、電子構造の異方性とブロードな熱異常のピークトップ温度の比例関係の検出とさらに、ブロードな熱異常の起源を解明する上で重要と考えられる、低温の電子熱容量係数γの大きさと熱異常による磁気エントロピーの変化の相関関係を発見した。しかし、温度域によっては測定精度をさらに向上させる必要があった。測定精度の向上のための実験は既に終了しており、現在、磁気エントロピーを精密に追跡するための実験を行っている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的の大半は既に達成している。本研究を完結させるためには、反強磁性秩序状態の正確な評価と電子熱容量係数の絶対値とブロードな熱異常の磁気エントロピーへの寄与の関係を解明し、量子臨界現象と異方的励起構造の裏付けを行う必要がある。これらに関しても既に大半の測定実験は終了しているが、主として電子熱容量係数が大きい物質の熱容量を精密に測定することで、より確実な議論を可能にしていく。また、それぞれの結果を総合的に議論し、研究の最終的な結論を発表していく予定である。
|
| Causes of Carryover |
学術誌の論文投稿における査読課程で、一部の結果に対して確認・追加実験を行う必要性が生じた。この確認実験の遂行にかかる経費として次年度使用額が生じた。また、一部の機器利用料金の請求が次年度に発生するため、これも合わせて次年度使用額とした。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
主として、確認実験の遂行と前年度の機器利用料金として使用する。確認実験が早期の終了した場合や、繰越時に正確な使用料金が決定されていなかったために生じた繰越額と実際の機器使用料金の差による剰余金に関しては、主として論文投稿に係る費用として使用する予定である。
|
