2014 Fiscal Year Research-status Report
擬二次元積層化合物における多重自由度と新奇物性探索
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26410089
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
道岡 千城 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (70378595)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 化合物磁性 / 積層化合物 / 強磁性量子臨界点 / クラスター磁性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新たな複合積層化合物の発展を目指し，いくつかの候補物質系について物性研究，および新規物質探索を行った．
主な成果のひとつは中間原子価の化合物における新奇物性を目指し，La3Re2O10の物性を明らかにしたことである．La3Re2O10は形式価数5.5 価のRe 原子が二量体を形成しており，二量体間の d 軌道の混成によりクラスター軌道を形成している．クラスター軌道の縮退は全て解けており，二量体内にd 電子を3 つ有しているので1 つの不対電子が残っている．そのためRe2クラスターひとつあたりでS = 1/2 の磁性を担っている．また金属クラスター磁性体は，「クラスター内の電荷自由度」をもっていると考えられる．巨視的にはスピンは局在しているが，微視的にはクラスター内の d 電子の移動に対応した遍歴電子系の性質をもつため，クラスター内で電荷がいる場所が不確定になること，つまりクラスター内の電荷の揺らぎが存在する．そのためクラスター磁性体では，「クラスター内の電荷自由度」と他の自由度との結合に起因する新しい電子状態が発現することが期待される．こういった背景からLa3Re2O10の純良な粉末試料を合成し，帯磁率，比熱の詳細な温度変化を明らかにし，温度-磁場相図を作成した．
またSrCo2P2とその周辺物質ついて遍歴強磁性量子臨界点近傍の物性研究を行った．以前の研究でSrCo2P2における強磁場磁化過程から60 Tでメタ磁性転移を発見している．本研究では，SrCo2P2およびSr1-xCaxCo2P2 の多結晶試料の合成を行い，強磁場磁化過程を含む磁気的な性質を調べ系統的なスピンダイナミクスを明らかにした．
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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
本研究の目的は擬二次元積層化合物における多重自由度に関する新奇物性探索，およびその物性解明である．今年度物性研究を行ったLa3Re2O10において，その内包されるクラスター磁性は，電荷の揺らぎとスピンの自由度が物質の電子状態を決定することに重要な役割を果たしていて，まさに研究目的と合致した物質である．実際，その温度-磁場相図に，2 本の一次転移線と2本の二次転移線が合わさる非自明な多重臨界点が現れることを明らかにした．このような多重臨界点は，通常の二重臨界点や四重臨界点の場合のような，磁気相互作用や磁気異方性だけでは現れないため，クラスター内の電荷自由度などとのカップリングが存在していることが示唆される非常に興味深い現象である．
またSr1-xCaxCo2P2 系の量子臨界点がx=0.5付近にあることを明らかにした．同じぐらいの組成で一次相転移的に構造が変化するが，それは磁気量子臨界点を隠すだけで臨界点そのものではなく，真の量子臨界点が近傍にあることはNMRによって初めて解明された．これらの結果は本研究の主題である新奇物性を探索する上で非常に重要な知見であり，今後の深い理解の研究に順調に発展するものと思われる．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で多重自由度に関する研究としてクラスター磁性体が有力であることを示した．本年度は，これまで前駆的な研究を行ってきた三角格子クラスター磁性体，Li2AMo3O8 (A=In,Sc)の物性を明らかにし，特にNMRを用いて微視的スピンダイナミクスを明らかにする予定である．Li2AMo3O8 (A=In,Sc)は形式価数11/3価のMo原子が金属結合による三量体を形成し，その三量体が三角格子を形成している．三量体間のd軌道の混成により分子軌道的なd電子クラスター軌道をもち，クラスターあたりで7つのd電子を有している．従って，Mott絶縁体の極限では局在三角格子系として興味深く，その飛び移り積分が大きくなったときにどのような物性が発現するか興味深い．
またこれまで研究を行ってきたSrCo2P2周辺化合物の新たな量子臨界点の探索を行うため，いろいろな置換効果を研究する予定である．さらにNMRを用いて微視的物性を明らかにすることにより，新奇現象について理解することが可能であると考えられる．
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| Causes of Carryover |
本年度，試料合成，および低温物性の研究を中心に行ったため，当初予定していた極低温におけるNMR測定システムの構築を来年度に回した．（低温測定に使用した寒剤費はその他に分類される．）従ってその材料費を次年度に繰り越した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
予定通り，NMRの極低温使用に耐えるシステムを構築する材料費に用いる．具体的には真空ポンプ，ベローズ，クランプなどの費用に用いる予定である．
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