S = 1/2カゴメ格子反強磁性体の特異な量子スピン液体状態の解明

• 研究課題/領域番号: 15K17686
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 吉田 紘行 北海道大学, 理学研究院, 助教 (30566758)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 幾何学的フラストレーション / スピン液体 / カゴメ格子反強磁性体 / Ca-Kapellasite / フラストレーション

研究成果の概要

Ca-Kapellasite, CaCu3(OH)6Cl2・0.6H2Oは格子歪みやイオンサイト乱れのないS = 1/2カゴメ格子反強磁性体のモデル物質であり、理論的な先行研究により量子スピン液体状態が実現する舞台になると予想されている。本研究では、Ca-Kapellasiteにおいて量子スピン液体状態の実現とその性質解明を目指して、単結晶育成、物性測定を行った。その結果、通常の長距離秩序とは異なる磁気基底状態が実現し、比熱の温度比例項に示唆されるギャップレスの特異な磁気励起が存在する事を見出した。

研究成果

• [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory(米国)
• [国際共同研究] Rutherford Appleton Laboratory(英国)
• [国際共同研究] ANSTO(Australia)
• [雑誌論文] Unusual Magnetic State with Dual Magnetic Excitations in the Single Crystal of S = 1/2 Kagome Lattice Antiferromagnet CaCu3(OH)6Cl2・0.6H2O (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, N. Noguchi, Y. Matsushita, Y. Ishii, Y. Ihara, M. Oda, H. Okabe, S. Yamashita, Y. Nakazawa, A. Takata, T. Kida, Y. Narumi, and M. Hagiwara
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 号: 3 ページ: 033704-033704
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.033704
  • NAID: 210000134285
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] S = 1/2カゴメ格子反強磁性体CaCu3(OH)6Cl2・0.6H2Oの35Cl-NMRによる研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田紘行, 井原慶彦, 野口直彌, 石井裕人, 高田篤, 木田孝則, 鳴海康雄, 萩原政幸, 河本充司, 佐々木孝彦, 小田研
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府・豊中市)
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 量子スピン液体CaCu3(OD)6Cl20.6D2Oにおける磁気励起 (2017)
  • 著者名/発表者名: 飯田一樹, 吉田紘行, David J. Voneshen, 野口直彌, 石井裕人, 小田研, 中島健次
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府・豊中市)
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] S = 1/2カゴメ格子反強磁性体CaCu3(OH)6Cl2・0.6H2O単結晶の磁性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田紘行, 野口直彌, 石井裕人, 片岡萌子, 小田研, 岡部博孝, 飯田一樹, 山下智史, 中澤康浩, 高田篤, 木田孝則, 鳴海康雄, 萩原政幸
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県・金沢市)
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Magnetic properties of S = 1/2 kagome lattice antiferromagnet CaCu3(OH)6Cl2・0.6H2O (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, N. Noguchi, Y. Ishii, M. Oda, H. Okabe, S. Yamashita, Y. Nakazawa, A. Takata, T, Kida, Y. Narumi, M. Hagiwara
  • 学会等名: International conference on Highly Frustrated Magnetism 2016
  • 発表場所: Taipei(Taiwan)
  • 年月日: 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] Frustrated magnetism of kagome lattice antiferromagnet (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Yoshida
  • 学会等名: International symposium-Challenges and progress in strongly correlated functional materials- MRS-Japan
  • 発表場所: Industry&Trade center(Kanagawa prefecture, Yokohama city)
  • 年月日: 2015-12-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新奇スピン1/2カゴメ格子反強磁性体CaCu3(OH)6Cl2の磁性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野口直彌、石井裕人、片岡萌子、吉田紘行、小田研
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス(大阪府・吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16
• [備考]
  • URL: https://phys.sci.hokudai.ac.jp/~yoshida/
• [備考]
  • URL: https://phys.sci.hokudai.ac.jp/~yoshida/