高度な磁性体デザインによって実現する新奇量子状態の解明と制御

• 研究課題/領域番号: 17H04850
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 山口 博則 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70581023)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円); 2019年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2018年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2017年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: 量子スピン系 / フラストレーション / フラストレーション系 / 有機ラジカル系 / 低温物性

研究成果の概要

フェルダジルラジカルへの原子置換を通して、１次元から３次元に及ぶまで多種多様なスピンモデルの設計が可能であることを実証した。それらにおいては、無機物の安定性と対称性による制約がなく、これまでに報告例の無かった新規スピンモデルを実現された。一連を通して、従来とは一線を画す量子スピンモデル設計の有効性を実証してきた。さらに、フェルダジルラジカルをカチオン化して、アニオンと組み合わせた電荷移動塩の合成も可能にした。アニオンの結晶学的特徴を利用して、スピンモデル設計性の更なる拡張を実証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

有機物の特性を活かした独自の物質開発によって、従来の有機ラジカル系、さらには長い歴史を持つ無機磁性体でも報告例のない多種多様な量子スピンモデルの形成を実証した。量子スピンモデルにおいて形成される特異な量子状態の解明と活用は、スピンの量子性に着目した次世代科学技術の源泉となる先進的・基盤的な研究成果となる。従来の無機物による古典スピンに立脚した物性研究から、有機物による量子スピンに立脚した基礎物性研究・材料開発へのパラダイムシフトをもたらすものであり、元素戦略の観点からも社会に大きなインパクトを与える。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic properties of a spin-1/2 honeycomb lattice antiferromagnet (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Kono, T. Okabe, N. Uemoto, Y. Iwasaki, Y. Hosokoshi, S. Kittaka, T. Sakakibara, and H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 101 号: 1 ページ: 014437-014437
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.014437
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic properties of honeycomb-based spin models in verdazyl-based salts (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Miyamoto, Y. Iwasaki, N. Uemoto, Y. Hosokoshi, H. Fujiwara, S. Shimono, H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Materials 巻: 3 号: 6 ページ: 064410-064410
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.3.064410
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergent critical phenomenon in spin-1/2 ferromagnetic-leg ladders: Quasi-one-dimensional Bose-Einstein condensate (2019)
  • 著者名/発表者名: Kono Y.、Kittaka S.、Yamaguchi H.、Hosokoshi Y.、Sakakibara T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 5 ページ: 05442-05442
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.054442
  • 査読あり
• [雑誌論文] S=1/2 ferromagnetic Heisenberg chain in a verdazyl-based complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Uemoto N.、Kono Y.、Kittaka S.、Sakakibara T.、Yajima T.、Iwasaki Y.、Miyamoto S.、Hosokoshi Y.、Yamaguchi H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 9 ページ: 094418-094418
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.094418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Properties of S = 1/2 Antiferromagnetic Alternating Chain in a New Salt (o-MePy-V)(TCNQ) (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Iwasaki, Yuta Sasaki, Yuko Hosokoshi, Akira Matsuo, Koichi Kindo, and Hironori Yamaguchi
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 88 号: 4 ページ: 044709-044709
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.044709
  • NAID: 210000155577
  • 査読あり
• [雑誌論文] Candidate for a fully frustrated square lattice in a verdazyl-based salt (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, Y. Tamekuni, Y. Iwasaki, and Y. Hosokoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 20 ページ: 201109-201109
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.201109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-enhanced quantum fluctuation in an S=1/2 frustrated square lattice (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi H.、Sasaki Y.、Okubo T.、Yoshida M.、Kida T.、Hagiwara M.、Kono Y.、Kittaka S.、Sakakibara T.、Takigawa M.、Iwasaki Y.、Hosokoshi Y.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 9 ページ: 094402-094402
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.094402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-induced quantum magnetism in the verdazyl-based charge-transfer salt [o-MePy-V-(p-Br)2]FeCl4 (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Y.、Kida T.、Hagiwara M.、Kawakami T.、Kono Y.、Kittaka S.、Sakakibara T.、Hosokoshi Y.、Yamaguchi H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 22 ページ: 224411-224411
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.224411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effective S = 2 antiferromagnetic spin chain in the salt (o-MePy-V)FeCl4 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Iwasaki, T. Kida, M. Hagiwara, T. Kawakami, Y. Hosokoshi, Y. Tamekuni, and H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 97 号: 8 ページ: 085113-085113
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.085113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic-field-induced Quantum Phase in S = 1/2 Frustrated Trellis Lattice (2018)
  • 著者名/発表者名: Hironori Yamaguchi1, Daichi Yoshizawa, Takanori Kida, Masayuki Hagiwara, Akira Matsuo, Yohei Kono, Toshiro Sakakibara, Yusuke Tamekuni, Hirotsugu Miyagai, and Yuko Hosokoshi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87(4) 号: 4 ページ: 043701-043701
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.043701
  • NAID: 210000134774
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quasi-one-dimensional Bose-Einstein condensation in the spin-1/2 ferromagnetic-leg ladder 3-I-V (2018)
  • 著者名/発表者名: Kono Y.,Kittaka S.,Yamaguchi H.,Hosokoshi Y.,Sakakibara T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.100406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic properties of a quasi-two-dimensional S = 1/2 Heisenberg antiferromagnet with distorted square lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Hironori Yamaguchi, Yusuke Tamekuni, Yoshiki Iwasaki, Rei Otsuka, Yuko Hosokoshi, Takanori Kida, and Masayuki Hagiwara
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95(23) 号: 23
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.235135
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional Bose-Einstein condensation in the spin-12ferromagnetic-leg ladder 3-Br-4-F-V (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Kono, H. Yamaguchi, Y. Hosokoshi, and T. Sakakibara
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.104439
  • 査読あり
• [雑誌論文] Randomness-induced quantum spin liquid on honeycomb lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, M. Okada, Y. Kono, S. Kittaka, T. Sakakibara, T. Okabe, Y. Iwasaki, and Y. Hosokoshi
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-017-16431-0
  • 査読あり
• [学会発表] フェルダジルラジカルをベースとした低次元量子磁性体の低温物性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 河野洋平, 橘高俊一郎, 榊原俊郎, 山口博則, 細越裕子, 上本菜央, 元木大介
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] フェルダジル系金属錯体が形成する正方格子モデルの低温磁気状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上本菜央 , 山口博則 , 河野洋平, 橘高俊一郎, 榊原俊郎, 萩原 政幸 , 細越裕子
  • 学会等名: 電子スピンサイエンス学会
• [学会発表] ハニカム格子をベースとした特異なスピンモデルの磁場誘起量子物性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩崎義己、細越裕子、川上貴資、木田孝則、萩原政幸、山口博則
  • 学会等名: 電子スピンサイエンス学会
• [学会発表] 新規スピン交替鎖における Lieb-Mattis プラトーの観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口博則
  • 学会等名: 物性研短期研究会/強磁場科学研究会
• [学会発表] 新規フェルダジル系塩の低温物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮本慎之介, 山口博則, 為国雄介, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] S=1/2ハニカム格子系の低温物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 上本菜央, 山口博則, 細越裕子, 河野洋平, 橘高俊一郎, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] ハニカム格子をベースとした特異なスピンモデルの磁場誘起量子物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩崎義己, 山口博則, 細越裕子, 川上貴資, 木田孝則, 萩原政幸
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] フラストレート正方格子量子スピン模型の磁化過程における大きなスピン揺らぎ (2018)
  • 著者名/発表者名: 大久保毅, 山口博則
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] フェルダジルラジカル系スピン1/2フェロレッグラダーにおける量子臨界現象の普遍性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河野洋平, 橘高俊一郎, 山口博則, 細越裕子, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] ハニカム格子系における特異な内部磁場と磁場誘起量子物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩﨑義己, 山口博則, 細越裕子, 川上貴資, 木田孝則, 萩原政幸, 河野洋平, 橘高俊一郎, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] スピン1/2ハニカム様格子系[Zn(hfac)2](4-Cl-o-Py-V)の極低温物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河野洋平, 上本菜央, 山口博則, 細越裕子, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] フェルダジル系電荷移動塩の低温物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 沖田大輝, 山口博則, 岩崎義己, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] フェルダジル系金属錯体を用いたスピンモデル設計 (2018)
  • 著者名/発表者名: 上本菜央, 山口博則, 細越裕子, 河野洋平, 橘高俊一郎, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] スピン1/2有機フェロレッグラダー3-Cl-4-F-Vの量子臨界性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河野洋平, 山口博則, 細越裕子, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会第７３回年次大会
• [学会発表] S=2ハニカム格子磁性体[Mn(hfac)2][o-Py-V-p-F2]の低温物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡部俊輝, 山口博則, 細越裕子, 萩原政幸, 中村翔太, 橘高俊一郎, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会第７３回年次大会
• [学会発表] 新規フェルダジル系塩の低温物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 為国雄介, 山口博則, 岩崎義己, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会第７３回年次大会
• [学会発表] スピン1/2有機フェロレッグラダー物質の磁気熱量効果測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河野洋平, 橘高俊一郎, 山口博則, 細越裕子, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] ハニカム格子を形成するフェルダジル系金属錯体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡部俊輝, 山口博則, 小野俊雄, 細越裕子, 中村翔太, 橘高俊一郎, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] フェルダジル系電荷移動錯体(m-MePyV)2(Fe2OCl6)の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本慎之介, 山口博則, 岩崎義己, 小野俊雄, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] フェルダジルラジカルからなる電荷移動錯体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 為国雄介, 山口博則, 岩崎義己, 小野俊雄, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 三次元ハニカム格子磁性体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田善彦, 山口博則, 小野俊雄, 細越裕子, 木田孝則, 萩原政幸
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Magnetic properties of quasi-two-dimensional S = 1/2 Heisenberg antiferromagnet with distorted square lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Hironori Yamaguchi, Yoshiki Iwasaki, Yuko Hosokoshi, Takanori Kida, and Masayuki HagiwaraHironori Yamaguchi, Yoshiki Iwasaki, Yuko Hosokoshi, Takanori Kida, and Masayuki Hagiwara
  • 学会等名: 28th International Conference on Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Low-temperature magnetic properties of verdazyl-based complexes (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Okabe, Hironori Yamaguchi, Yuko Hosokoshi
  • 学会等名: 28th International Conference on Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Low-temperature physical properties of the S=1/2 frustrated square lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tamekuni, Hironori Yamaguchi, Yoshiki Iwasaki, Yuko Hosokoshi
  • 学会等名: 28th International Conference on Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] 有機ラジカル系によって形成される新規フラストレート系の強磁場物性」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口博則
  • 学会等名: 第四回西日本強磁場科学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 歪んだ正方格子反強磁性体α-2,3,5-Cl3-Vの多周波ESR (2017)
  • 著者名/発表者名: 為国雄介,山口博則,岩崎義己,細越裕子,木田孝則、萩原政幸
  • 学会等名: 日本赤外線学会第２７回研究発表会
• [学会発表] ハニカム格子を形成する新規金属錯体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡部俊輝，山口博則，小野俊雄，細越裕子，萩原政幸，中村翔太，橘高俊一郎，榊原俊郎
  • 学会等名: 日本赤外線学会第２７回研究発表会
• [学会発表] 新規電荷移動塩（o-MePy-V）FeCl4の特異な強磁場物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩崎義己，山口博則，細越裕子，木田孝則，萩原政幸，川上貴資
  • 学会等名: 日本赤外線学会第２７回研究発表会
• [学会発表] 新規電荷移動塩(o-MePy-V)FeCl4の特異な強磁場物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩崎義己 , 山口博則 , 小野俊雄 , 細越裕子 , 木田孝則 , 萩原政幸 , 川上貴資
  • 学会等名: 電子スピンサイエンス学会第５６回年会
• [学会発表] ハニカム格子を形成するフェルダジル系金属錯体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡部俊輝 , 山口博則 , 小野俊雄, 細越裕子, 萩原政幸, 中村翔太, 橘高俊一郎, 榊原俊郎
  • 学会等名: 電子スピンサイエンス学会第５６回年会
• [学会発表] 歪を持つS =1/2正方格子反強磁性体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 為国雄介, 山口博則, 岩﨑義己, 細越裕子, 木田孝則, 萩原政幸
  • 学会等名: 電子スピンサイエンス学会第５６回年会
• [備考] 研究グループ成果発信サイト
  • URL: https://sites.google.com/view/hironoriyamaguchi
• [備考] 量子スピン系の物性研究
  • URL: https://sites.google.com/view/hironoriyamaguchi
• [備考] 分子を使った乱れの設計により量子スピン液体を実現―新たな量子現象を取り込んだ新材料の開発を可能に―
  • URL: http://www.osakafu-u.ac.jp/news/publicity-release/pr20171124/