特異な量子基底状態をとるカゴメ格子反強磁性体の新物質開拓

• 研究課題/領域番号: 25800188
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 岡本 佳比古 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90435636)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 幾何学的フラストレート磁性体 / 新物質開拓 / カゴメ格子 / 反強磁性体 / 銅鉱物 / 幾何学的フラストレーション / 新物質探索

研究成果の概要

量子スピン液体に代表される特異な量子磁気相の実現を目指し、カゴメ格子系を中心とする幾何学的フラストレート磁性体の新物質開拓を行った。その結果、新しいスピン1/2カゴメ格子反強磁性体エドワードサイトをはじめとして、スピン5/2カゴメ三角格子反強磁性体NaBa2Mn3F11やスピン3/2ブリージングパイロクロア格子反強磁性体LiGaCr4O8とLiInCr4O8などのフラストレート磁性体を開拓した。これらの磁性体に対して各種物性測定を行い、四量体一重項状態の形成によるスピンギャップ的な振る舞い、三重臨界点の近傍に位置する磁気転移、非整合な螺旋秩序に誘起される強誘電性といった特異な物性を見出した。

研究成果

• [国際共同研究] Universitet Paris-Sud/LNCMI-CNRS/Institut Laue Langevin(フランス)
• [雑誌論文] Superconductivity in the Hexagonal Ternary Phosphide ScIrP (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Okamoto, T. Inohara, Y. Yamakawa, A. Yamakage, and K. Takenaka
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 1 ページ: 013704-013704
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.013704
  • NAID: 40020699678
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Complex Magnetostructural Order in the Frustrated Spinel LiInCr4O8 (2015)
  • 著者名/発表者名: G. J. Nilsen, Y. Okamoto, T. Masuda, J. Rodriguez-Carvajal, H. Mutka, T. Hansen, and Z. Hiroi,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 17
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.174435
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] One-Third Magnetization Plateau with a Preceding Novel Phase in Volborthite (2015)
  • 著者名/発表者名: Hajime Ishikawa, Makoto Yoshida, Kazuhiro Nawa, Minki Jeong, Steffen Kramer, Mladen Horvatic, Claude Berthier, Masashi Takigawa, Mitsuru Akaki, Atsushi Miyake, Masashi Tokunaga, Koichi Kindo, Junichi Yamaura, Yoshihiko Okamoto, Zenji Hiroi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 114 号: 22 ページ: 2272021-5
  • DOI: 10.1103/physrevlett.114.227202
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Frozen State and Spin Liquid Physics in Na4Ir3O8: an NMR Study (2015)
  • 著者名/発表者名: A. C. Shockley, F. Bert, J-C. Orain, Y. Okamoto, and P. Mendels
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.047201
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic Phase Diagram of the Breathing Pyrochlore Antiferromagnet LiGa1-xInxCr4O8 (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Okamoto, G. J. Nilsen, T. Nakazono, and Z. Hiroi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 号: 4 ページ: 043707-043707
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.043707
  • NAID: 210000133502
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lifshitz metal-insulator transition induced by the all-in/all-out magnetic order in the pyrochlore oxide Cd2Os2O7 (2015)
  • 著者名/発表者名: Zenji Hiroi, Jun-ichi Yamaura, Takahiro Hirose, Issei Nagashima, Yoshihiko Okamoto
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 3 号: 4 ページ: 041501-041501
  • DOI: 10.1063/1.4907734
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Helical Order and Multiferroicity in the S = 1/2 Quasi-Kagome System KCu3As2O7(OD)3 (2014)
  • 著者名/発表者名: G. J. Nilsen, Y. Okamoto, H. Ishikawa, V. Shimonet, C. V. Colin, A. Cano, L. C. Chapon, T. Hansen, H. Mutka, and Z. Hiroi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.140412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel Phase Transitions in the Breathing Pyrochlore Lattice:7Li-NMR on LiInCr4O8 and LiGaCr4O8 (2014)
  • 著者名/発表者名: Yu Tanaka, Makoto Yoshida, Masashi Takigawa, Yoshihiko Okamoto, and Zenji Hiroi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 113 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevlett.113.227204
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kagome-Triangular Lattice Antiferromagnet NaBa2Mn3F11 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hajime Ishikawa, Tsuyoshi Okubo, Yoshihiko Okamoto, and Zenji Hiroi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 号: 4 ページ: 043703-043703
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.043703
  • NAID: 210000133024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Properties of the Spin-1/2 Deformed Kagome Antiferromagnet Edwardsite (2013)
  • 著者名/発表者名: Hajime Ishikawa, Yoshihiko Okamoto, and Zenji Hiroi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 号: 6 ページ: 063710-063710
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.063710
  • NAID: 210000132580
  • 査読あり
• [雑誌論文] Breathing Pyrochlore Lattice Realized in A-site Ordered Spinel Oxides LiGaCr4O8 and LiInCr4O8 (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto, Goran J. Nilsen, J. Paul Attfield, and Zenji Hiroi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 110 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.097203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Order in the Spin-1/2 Antiferromagnet Vesignieite (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida, Y. Okamoto, M. Takigawa, and Z. Hiroi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 82 号: 1 ページ: 013702-013702
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.013702
  • 査読あり
• [学会発表] 銅鉱物におけるスピン1/2カゴメ格子反強磁性体の物質開拓 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古
  • 学会等名: 科研費基盤(S)研究会「フラストレーション系物質の科学：協奏と競合の世界」
  • 発表場所: トヨタ産業技術館
  • 年月日: 2016-02-19
  • 招待講演
• [学会発表] ブリージングパイロクロア格子反強磁性体の強磁場磁化過程 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古、三宅厚志、徳永将史、松尾晶、金道浩一、G. J. Nilsen、竹中康司、広井善二
  • 学会等名: 物性研短期研究会「スピン系科学の深化と最前線」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 2015-11-17
• [学会発表] ブリージングパイロクロア格子反強磁性体LiInCr4O8の強磁場磁化過程 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古、三宅厚志、徳永将史、G. J. Nilsen、中園敦巳、竹中康司、広井善二
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] ブリージングパイロクロア格子反強磁性体におけるフラストレーションとボンド交替 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古
  • 学会等名: 第14回CROSSroads「スピン系とフラストレーション」
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センター
  • 年月日: 2015-02-04
  • 招待講演
• [学会発表] ブリージングパイロクロアをもつCrスピネル酸化物におけるフラストレーションとボンド交替 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古
  • 学会等名: 研究環「特異な結晶構造に創出する新奇量子相の解明」第2回研究会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] Geometrical Frustration and Bond Alternation on the Breathing Pyrochlore Lattice (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto
  • 学会等名: OIST International Workshop on Novel Quantum Materials and Physics
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学
  • 年月日: 2014-05-15
  • 招待講演
• [学会発表] Breathing Pyrochlore Lattice Realized in the A-Site Ordered Spinel Oxides LiGaCr4O8 and LiInCr4O8 (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Okamoto
  • 学会等名: APS March Meeting 2014
  • 発表場所: Colorado Convention Center
  • 招待講演
• [学会発表] ブリージングパイロクロア格子反強磁性体LiGa0.1In0.9Cr4O8の基底状態 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古、G. J. Nilsen、中園敦巳、広井善二
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
• [学会発表] ブリージングパイロクロア格子反強磁性体LiGaCr4O8とLiInCr4O8の磁気構造と磁気励起 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡本佳比古、中園敦巳、G. J. Nilsen、H. Mutka、T. Hansen、益田隆嗣、広井善二
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学