研究課題
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
量子スピン液体とは量子揺らぎの為にスピンによる磁気秩序が生じない状態である。キタエフ模型は量子スピン液体状態を厳密解として持つが、そこではマヨラナフェルミオンや非可換エニオンといった新しい素励起が期待されており、これらは量子計算への応用も期待されている。しかし，その現実の候補物質においてはキタエフ模型からのずれの効果により磁気秩序が生ずるため、現状は高磁場で磁気秩序を抑制する必要がある。本研究では，新規な物質制御手法により磁気秩序を抑制することで，弱磁場でのキタエフ量子スピン液体状態の実現を目指し、その理解を進展させる。
本研究においては、キタエフ量子スピン液体候補物質に対して、結晶格子の点欠陥量を可逆的に変化させることで、キタエフ量子スピン液体候補物質の基底状態を制御することを目的とする。これまでの研究により、キタエフ量子スピン液体候補物質alpha-RuCl3において格子欠陥導入により反強磁性転移温度が低下することが分かっており、さらに元素置換系と比較すると非常に少ない欠陥量で転移温度が抑制されることが明らかとなっている。さらに、本研究では格子欠陥を導入した試料に対して磁場角度回転比熱測定を実施し、その低エネルギーの励起構造を調べたところ、純粋な系で観測された遍歴マヨラナ励起と同様な磁場角度依存性が観測された。この格子欠陥を導入した系をさらに詳細に調べると、遍歴的な励起に加えて、新たな局所的なマヨラナ励起が生じていることが比熱測定より明らかとなった。この成果について、米国科学誌のPhysical Review系雑誌において公表した。また、反強磁性相のさらなる抑制を試みるために、海外出張を行い、格子欠陥導入の実験を実施した。現地での予備測定を行うことで、転移温度が低下していることを確認した。
2: おおむね順調に進展している
これまで電子線照射を実施し、反強磁性転移温度が低下した試料においても、磁場角度回転比熱測定により純粋な系と同様な遍歴マヨラナ励起を観測した。さらに、このような系においては、導入した欠陥により新たな局所的なマヨラナ励起が生ずることが明らかとなった。
今後も、alpha-RuCl3を始めとするキタエフ量子スピン液体候補物質に対する格子欠陥導入を行い、反強磁性転移温度のさらなる抑制を試みる。これに伴い、反強磁性が抑制される臨界磁場のより低い系を実現するとともに、低磁場の振る舞いや、新たな励起構造について詳細に調べる。
すべて 2024 2023 2022 その他
すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 6件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (16件) (うち招待講演 2件) 備考 (3件)
Science Advances
巻: 10 号: 11
10.1126/sciadv.adk3539
Physical Review X
巻: 14 号: 1 ページ: 011045-011045
10.1103/physrevx.14.011045
Communications Physics
巻: 6 号: 1 ページ: 183-183
10.1038/s42005-023-01289-8
巻: 6 号: 1 ページ: 175-175
10.1038/s42005-023-01286-x
Proceedings of the National Academy of Sciences
巻: 120 号: 21 ページ: 1-6
10.1073/pnas.2208276120
Nature Communications
巻: 14 号: 1 ページ: 1-7
10.1038/s41467-023-38688-y
巻: 14 号: 1 ページ: 667-667
10.1038/s41467-023-36273-x
巻: 14 号: 1 ページ: 1260-1260
10.1038/s41467-023-36725-4
巻: 119 号: 18
10.1073/pnas.2110501119
Journal of the Physical Society of Japan
巻: 91 号: 10 ページ: 104706-104706
10.7566/jpsj.91.104706
http://www.vlt.phys.tohoku.ac.jp/index.html
https://sites.google.com/view/yutamizukamipage/home
