| 研究課題/領域番号 |
21K03453
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 (2022-2023)
東京理科大学 (2021) |
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研究代表者 |
藤原 理賀 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (60722840)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 正方カゴメ格子 / 量子スピン液体 / 低次元磁性体 / フラストレーション / ミュオンスピン回転 / 中性子散乱 / 人工鉱物 / 低温合成 / 量子スピン / μSR / 物質探索 / 量子スピン系 / 一次元量子スピン鎖 / チェッカーボード格子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
KCu6AlBiO4(SO4)5Clは量子スピンを担うCu2+が正方カゴメ格子を形成する初の物質であり，スピン液体的な振る舞いが観測されている．本発見を契機に実施された理論研究では，スピン液晶相や未特定の量子スピン相の存在が予言されているが，実験・理論共に開拓が始まったばかりの研究領域である.
本研究ではKCu6AlBiO4(SO4)5Clのファミリー物質群を創製し，量子ビーム実験によりスピン状態を明らかにする．新奇量子スピン状態の創出および発現条件解明を，理論研究者と協力する事で達成し，「正方カゴメ格子の科学」という新領域を発展させる事が本研究の目的である．
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| 研究成果の概要 |
量子スピン正方カゴメ格子反強磁性体の新たな候補物質Na3Cu6BiO4(SO4)5 を見出し、人工合成に成功した。相補的な性質を有する量子ビームを利用した実験研究の結果は、既報物質とは異なるエキゾチックなスピン状態が実現している可能性を示唆している。
また、正方カゴメ格子物質の探索の過程で、J1-J2量子スピン反強磁性鎖物質で初めてスピンギャップの観測が期待できる物質Cd2Cu2(PO4)2SO4・5H2O 、次元クロスオーバー現象の観測に適した擬一次元量子磁性体KCuPO4・H2Oを見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
「量子スピン正方カゴメ格子反強磁性体」は、実験・ 理論共に開拓が始まったばかりの研究領域である。本研究では、２例目の候補物質Na3Cu6BiO4(SO4)5を見出し、既報物質とは異なるスピン状態を観測した。本発見は、正方カゴメ格子のスピン状態の理解の深化に資するものである。また、物質探索過程で見出された２種類の量子磁性体は、それぞれの系においてブレークスルーをもたらす可能性がある。
低次元量子スピン系の理論研究では、次世代技術の革新に資する量子状態の実現が予想されているが、実際の物質で観測されることは稀である。本研究はそのようなスピン状態の探索領域を拡張するものであり、社会的にも意義深い。
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