フラストレートした磁性体における量子スピン液体の研究

• 研究課題/領域番号: 25400345
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 門脇 広明 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (70194876)
• 連携研究者: 高津 浩 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (60585602)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2013年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 磁性 / フラストレーション

研究成果の概要

量子スピン液体状態の有力な候補と考えられていたが謎も多いフラストレートした磁性体 Tb2Ti2O7 を詳細に研究した。このためには Tb2+xTi2-xO7+y の純良単結晶、すなわち微小な組成 (x, y) をコントロールした結晶を育成することが非常に重要と考え、試行錯誤の後、結晶育成に成功した。そして純良単結晶を用いた比熱・磁化測定、中性子散乱実験等を行い、この系は磁気的スピンのみならずフラストレートした電気的多極子自由度を持つ系であること、また微小な組成変化により多極子秩序状態と量子スピン液体状態の間を量子相転移することを発見した。

研究成果

• [国際共同研究] Institut Laue-Langevin(France)
• [国際共同研究] Institut Laue-Langevin(France)
• [国際共同研究] NIST(米国)
• [雑誌論文] Thermodynamic properties of quadrupolar states in the frustrated pyrochlore magnet Tb2Ti2O7 (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Takatsu, T. Taniguchi, S. Kittaka, T. Sakakibara, H. Kadowaki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conf. Series 巻: 828 ページ: 012007-012007
  • DOI: 10.1088/1742-6596/828/1/012007
  • NAID: 120006305771
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantum spin liquid and electric quadrupolar states of single crystal Tb2+xTi2-xO7+y (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Wakita, T. Taniguchi, H. Edamoto, H. Takatsu and H. Kadowaki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 683 ページ: 012023-012023
  • DOI: 10.1088/1742-6596/683/1/012023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quadrupole order in the frustrated pyrochlore magnet Tb2Ti2O7 (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Takatsu, T. Taniguchi S. Kittaka, T. Sakakibara, H. Kadowaki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 683 ページ: 012022-012022
  • DOI: 10.1088/1742-6596/683/1/012022
  • NAID: 120006958102
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quadrupole Order in the Frustrated Pyrochlore Tb2+xTi2-xO7+y (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Takatsu, S. Onoda, S. Kittaka, A. Kasahara, Y. Kono, T. Sakakibara, Y. Kato, B. Fak, J. Ollivier, J.W. Lynn, T. Taniguchi, M. Wakita, H. Kadowaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 0 ページ: 0-0
  • NAID: 120005848239
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Composite spin and quadrupole wave in the ordered phase of Tb2+xTi2-xO7+y (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kadowaki, H. Takatsu, T. Taniguchi, B. Fak, J. Ollivier
  • 雑誌名: SPIN 巻: 05 号: 02 ページ: 154003-154003
  • DOI: 10.1142/s2010324715400032
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comparative study of low-temperature x-ray diffraction experiments on R2Ir2O7 (R = Nd , Eu, and Pr) (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Takatsu, K. Watanabe, K. Goto, H. Kadowaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 号: 23 ページ: 235110-235110
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.235110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scaling ansatz for the ac magnetic response in two-dimensional spin ice (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Otsuka, H. Takatsu, K. Goto, H. Kadowaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 号: 14 ページ: 144428-144428
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.144428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stabilization of High-Tc Phase of BiS2-Based Superconductor LaO0.5F0.5BiS2 Using High-Pressure Synthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi, T. Hiroi, J. Kajitani, H. Takatsu, H. Kadowaki, O. Miura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 号: 5 ページ: 053704-053704
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.053704
  • NAID: 210000133063
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic structure of the conductive triangular-lattice antiferromagnet PdCrO2 (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Takatsu, G. Nenert, H. Kadowaki, H. Yoshizawa, M. Enderle, S. Yonezawa, Y. Maeno, J. Kim, N. Tsuji, M. Takata, Y. Zhao, M. Green, and C. Broholm
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 号: 10 ページ: 104408-104408
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.104408
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation between crystal structure and superconductivity in LaO0.5F0.5BiS2 (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Kajitani, K. Deguchi, A. Omachi, T. Hiroi, Y. Takano, H. Takatsu, H. Kadowaki, O. Miura, Y. Mizuguchi
  • 雑誌名: Solid State Commun. 巻: 181 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2013.11.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] atsu, H., Goto, K., Otsuka, H., Higashinaka, R., Matsubayashi, K., Uwatoko, Y., Kadowaki, H. Two-dimensional monopole dynamics in the dipolar spin ice Dy 2Ti2O7 (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Takatsu, K. Goto, H. Otsuka, R. Higashinaka, K. Matsubayashi, Y. Uwatoko, and H. Kadowaki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 82 号: 7 ページ: 73707-73707
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.073707
  • 査読あり
• [雑誌論文] AC susceptibility of the dipolar spin ice Dy2Ti 2O7: Experiments and Monte Carlo simulations (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Takatsu, K. Goto, H. Otsuka, R. Higashinaka, K. Matsubayashi, Y. Uwatoko, and H. Kadowaki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 82 号: 10 ページ: 104710-104710
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.104710
  • NAID: 210000132794
  • 査読あり
• [学会発表] Thermodynamic properties of quadrupolar states in the frustrated pyrochlore magnet Tb2Ti2O7 (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Takatsu, T. Taniguchi, S. Kittaka, T. Sakakibara, H. Kadowaki
  • 学会等名: The 8th International Conference on Highly Frustrated Magnetism (HFM 2016)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] 量子スピン液体Tb2+xTi2-xO7+yの単結晶中性子非弾性散乱 (2016)
  • 著者名/発表者名: 脇田美香, 高津浩, 門脇広明, B. Fak, J. Ollivier
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Quadrupole order and spin liquid state of Tb2+xTi2-xO7+y (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kadowaki
  • 学会等名: International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii
  • 年月日: 2015-12-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] パイロクロアTb2+xTi2-xO7+yにおける4極子状態の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 門脇広明, 高津浩, 脇田美香, B. Fak, J. Ollivier
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] Tb2+xTi2-xO7+yにおけるスピン多極子複合励起の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 門脇広明, 高津浩, 谷口智洋, 脇田美香, B. Fak, J. Ollivier
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 量子スピンアイスTb2+xTi2-xO7+yの研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 脇田美香, 高津浩, 門脇広明
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 低温磁化測定によるTb2+xTi2-xO7+yの長距離秩序の起源の検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高津浩，脇田美香，谷口智洋，門脇広明，笠原聡，河野洋平，橘高俊一郎，榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] フラストレート磁性体Tb2+xTi2-xO7+yの純良単結晶とその物性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 脇田美香，谷口智洋，高津浩，門脇広明
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学 春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 極低温比熱測定からみたTb2+xTi2-xO7+yにおける隠れた秩序と磁場誘起相転移 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高津浩，谷口智洋，門脇広明，橘高俊一郎，榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Dy2Ti2O7のカゴメアイス状態における磁気モノポールの二次元ダイナミクス
  • 著者名/発表者名: 後藤和基，高津浩，大塚博巳，東中隆二，門脇広明，J.W. Lynn，佐藤卓，松平和之，広井善二，松林和幸，上床美也
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学 三島キャンパス
• [学会発表] Tb2+xTi2-xO7+yの長距離秩序と量子スピン液体状態
  • 著者名/発表者名: 門脇広明
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学 三島キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] パイロクロア磁性体Nd2Ir2O7の異常な負の熱膨張
  • 著者名/発表者名: 高津浩，渡邊邦彦，後藤和基，門脇広明
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学 三島キャンパス
• [学会発表] 純良単結晶によるTb2+xTi2-xO7+yの長距離秩序の研究
  • 著者名/発表者名: 谷口智洋，脇田美香，東中隆二，後藤和基，高津浩，門脇広明，池田陽一，吉澤英樹，J.W. Lynn，J. Ollivier，B. Fak
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
• [学会発表] Long-range order and spin-liquid state of Tb2+xTi2-xO7+y
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kadowaki
  • 学会等名: International Workshop on Frustration and Topology in Condensed Matter Physics
  • 発表場所: National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan
  • 招待講演
• [備考] 首都大学東京ニュース（報道発表）【研究成果発表】スピン液体の近くの“隠れた秩序”
  • URL: http://www.tmu.ac.jp/news/topics/12819.html