量子スピン液体状態でのスピンゼーベック効果

• 研究課題/領域番号: 18K18730
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分13:物性物理学およびその関連分野
• 研究機関: 大阪大学 (2019); 東京大学 (2018)
• 研究代表者: 下澤 雅明 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (40736162)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 量子スピン液体 / 量子常誘電 / 量子常磁性状態 / 量子常誘電状態

研究成果の概要

本研究では、量子スピン液体候補物質κ-H3(Cat-EDT-TTF)2を解明するために、元素置換効果およびスピンゼーベック効果の研究を行なった。まず、３つの置換体に対して、磁気トルク・熱伝導率測定を行い、ギャップレスの量子スピン液体が元素置換による影響を受けずに安定し続けることが分かった。我々の誘電率測定の結果を踏まえると、プロトンの量子揺らぎが、この系の量子スピン液体の実現に重要な役割を果たしていると結論することができた。一方、スピンゼーベック効果は、逆スピンホール効果を利用してスピン流を抽出する必要があるが、清浄な有機試料の表面に白金やタングステンを薄く蒸着するのが難しく、失敗に終わった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

量子スピン液体と量子常誘電状態が同時に実現しているκ-H3(Cat-EDT-TTF)2系の研究を行なった。この試料では、「スピン自由度」と「プロトン自由度」が同時に揺らぎ続けている量子スピン液体であり、従来のものとは一線を画する。本研究において元素置換効果を調べたところ、このような多自由度量子スピン液体は、通常のものに比べて外的要因に対して安定度が増すことが分かった。この結果は、長年問題であった量子スピン液体の安定化メカニズムを理解する上で、大きな手がかりになると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Thermal-transport studies of kagome antiferromagnets (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Yamashita, M. Akazawa, M. Shimozawa, T. Shibauchi, Y. Matsuda, H. Ishikawa, T. Yajima, Z. Hiroi, M. Oda, H. Yoshida, H.-Y. Lee, J. H. Han and N. Kawashima
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 32 号: 7 ページ: 074001-074001
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ab50e9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spin Thermal Hall Conductivity of a Kagome Antiferromagnet (2018)
  • 著者名/発表者名: Doki Hayato、Akazawa Masatoshi、Lee Hyun-Yong、Han Jung Hoon、Sugii Kaori、Shimozawa Masaaki、Kawashima Naoki、Oda Migaku、Yoshida Hiroyuki、Yamashita Minoru
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 121 号: 9 ページ: 097203-097203
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.097203
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unusual thermal Hall effect in a Kitaev spin liquid candidate α-RuCl3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Kasahara, K. Sugii, T. Ohnishi, M. Shimozawa, M. Yamashita, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 120 号: 21 ページ: 217205-217205
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.217205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous suppression in the de Haas-van Alphen oscillations of CeCoIn5 at ultra-low temperatures (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Shishido, S. Yamada, K. Sugii, M. Shimozawa, Y. Yanase, and M. Yamashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 120 号: 17 ページ: 177201-177201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.177201
  • 査読あり
• [学会発表] 熱伝導率の磁場方向依存性からみたUTe2の超伝導状態 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中川翔太, 細井優, 今西優人, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • 学会等名: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [学会発表] PrTr2Cd20(Tr=Pt, Rh)の電気輸送特性と温度磁場相図 (2020)
  • 著者名/発表者名: 足立涼, 佐賀範彰, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 町田洋, 広瀬雄介, 土塔寛, 河野琢馬, 摂待力生
  • 学会等名: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [学会発表] BiCh2系超伝導体LaO0.5F0.5BiSSeにおける弾性抵抗測定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小江悠達, 細井優, 野村尚也, 下澤雅明, 井澤公一, 星和久, 後藤陽介, 水口佳一
  • 学会等名: 日本物理学会 第７５回年次大会
• [学会発表] キラル反強磁性体CsCuCl3のc軸熱輸送測定II (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤澤仁寿, 下澤雅明, 山下穣, 高阪勇輔, 秋光純, 土屋直人, 井上克也, J. Zaccaro, I. Gautier-Luneau, D. Luneau
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] バルク層状磁性体に生じる非従来型異方的超伝導 (2019)
  • 著者名/発表者名: 櫻木俊輔, 佐々木秀, 明石遼介, 坂上良介, 黒田健太, C. Bareille, 橋本嵩広, 長島椿, 木下雄斗, 平田靖透, 下澤雅明, 浅井晋一郎, 土居抄太郎, 辻本直人, 國定聡, 野口亮, 黒川輝風, 東伸彦, 平田昂輝, T. K. Kim, C. Cacho, 益田隆嗣, 徳永将史, 和達大樹, 岡﨑浩三, 辛埴, 神原陽一, 山下穣, 近藤猛
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] CeCoIn5における超低温下NMR測定 IV (2019)
  • 著者名/発表者名: 斉木克祥, 山下穣, 下澤雅明, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] Uniaxial strain effect on the BiCh2-based superconductor LaO0.5F0.5BiSSe (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Oe, S. Hosoi, N. Nomura, M. Shimozawa, K. Izawa, K. Hoshi, Y. Goto, Y. Mizuguchi
  • 学会等名: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • 国際学会
• [学会発表] Study of angle dependence of thermal conductivity in the heavy fermion superconductor UTe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Nakagawa, S. Hosoi, Y. Imanishi, K. Ota, M. Shimozawa, K. Izawa, A. Nakamura, Y. Homma, F. Honda, D. Aoki
  • 学会等名: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic-field-temperature phase diagram of PrPt2Cd20 by magnetoresistance and Hall resistivity (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Adachi, N. Saga, S. Hosoi, M. Shimozawa, K. Izawa, Y. Machida, Y. Hirose, H. Doto, R. Settai
  • 学会等名: J-Physics Annual Meeting FY2019
  • 国際学会
• [学会発表] 熱伝導率測定から見たUTe2の超伝導状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 細井優, 中川翔太, 今西優人, 多田勝哉, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • 学会等名: 第19回琉球物性研究会
• [学会発表] A non-linear Hall effect in a chiral nonmagnetic compound at zero field (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuura, M. Akazawa, M. Shimozawa, S. Fujii, M. Qiu, T. Ueno, T. Takahashi, Y. Mizukami, K. Hashimoto, T. Shibauchi, J. Gouchi, M. Yamashita, Y. Uwatoko, K. Kobayashi
  • 学会等名: TopoMat2019
  • 国際学会
• [学会発表] キラル反強磁性体CsCuCl3のc軸熱輸送特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤澤仁寿, 土岐勇人, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 高阪勇輔, 秋光純, 井上克也, J. Zaccaro, I. Gautier-Luneau, D. Luneau
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] ダイマーモット絶縁体κ-(BEDT-TTF)2Hg(SCN)2X, (X = Br, Cl)における磁化率・磁気トルク測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山下穣, 杉井かおり, 下澤雅明, 上田顕, 森初果, Natalia Drichko, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, Elena I. Zhilyaeva, Svetlana A. Torunova, Rimma N. Lyubovskaya
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] 水素結合型モット絶縁体Cat-EDT系における量子常誘電・常磁性状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井桜子, 下澤雅明, 近藤潤, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, 橋本顕一郎, 井口敏, 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] α-RuCl3における熱ホール効果の磁場角度依存性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 水上雄太, 田中桜平, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] Thermal transport properties of S = 1/2 Cd-kapellasite (2019)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Akazawa, Hayato Doki, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Minoru Yamashita, Hyun-Yong Lee, Naoki Kawashima, Ryutaro Okuma, Zenji Hiroi, Jung Hoon Han
  • 学会等名: APS March Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] カゴメ反強磁性体Cd-Kapellasiteの熱輸送特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 赤澤仁寿, 土岐勇人, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, Hyun-Yong Lee, 川島直輝, 大熊隆太郎, 広井善二, Jung Hoon Han
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] CeCoIn5における超低温下NMR測定 III (2018)
  • 著者名/発表者名: 山下穣, 田代光輝, 下澤雅明, 杉井かおり, 谷口貴紀, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] α-RuCl3におけるマヨラナ量子化条件の検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 水上雄太, 田中桜平, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] Quantum Disordered State of Magnetic and Electric Dipoles in Hydrogen-Bonded Organic Mott Insulator κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Shimozawa, K. Hashimoto, A. Ueda, Y. Suzuki, K. Sugii, S. Yamada, Y. Imai, R. Kobayashi, K. Itoh, S. Iguchi, M. Naka, S. Ishihara, H. Mori, T. Sasaki, and M. Yamashita
  • 学会等名: ICSM2018
  • 国際学会