幾何学的にフラストレートした量子磁性体の高圧力下磁化測定による量子相転移の探索

• 研究課題/領域番号: 26800181
• 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: 東京工業大学
• 研究代表者: 栗田 伸之 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 助教 (80566737)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 幾何学的フラストレーション / 高圧力 / 圧力誘起量子相転移 / 磁化測定 / 量子相転移 / 量子磁性体

研究成果の概要

本研究の目的は顕著な量子効果が期待される幾何学的フラストレート磁性体において、圧力中で起きる量子相転移を発見することである。我々は高圧力下磁化測定により、非磁性基底状態と励起状態の間に励起ギャップを有するS=1三角格子反強磁性体CsFeCl3の1.5 GPaまでの磁気相図を決定した。その結果、臨界圧力~0.9 GPaにおいて非磁性ギャップ状態から磁気秩序状態へと圧力誘起量子相転移が起きることを世界に先駆けて明らかにした。更に本物質の0.5 Kまでの極低温磁化測定を行い、常圧における磁場誘起磁気相転移が磁気励起マグノンのボース・アインシュタイン凝縮として理解できることも明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic Structure of an S=1/2 Quasi-Two-Dimensional Square-Lattice Heisenberg Antiferromagnet Sr2CuTeO6 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Koga, N. Kurita, M. Avdeev, S. Danilkin, T. J. Sato, H. Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 5
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.054426
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Field-driven successive phase transitions in the quasi-two-dimensional frustrated antiferromagnet Ba2CoTeO6 and highly degenerate classical ground states (2016)
  • 著者名/発表者名: P. Chanlert, N. Kurita, H. Tanaka, D. Goto, A. Matsuo, and K. Kindo
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.094420
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantum phase transition between disordered and ordered states in the spin-1/2 kagome lattice antiferromagnet (Rb1-xCsx)2Cu3SnF12 (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Katayama, N. Kurita, H. Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 21
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.214429
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spinon, soliton and breather in the spin-1/2 antiferromagnetic chain KCuGaF6 (2015)
  • 著者名/発表者名: I. Umegaki, H. Tanaka, N. Kurita, T. Ono, M. Laver, C. Niedermayer, C. Rüegg, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, K. Kakurai
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 17
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.174412
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic phase diagram of the S=1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet Ba3CoNb2O9 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Yokota, N. Kurita, H. Tanaka
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 90 (2014) 014403 巻: 90 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.014403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong Suppression of Magnetic Ordering in a Frustrated S=1/2 Square-Lattice Heisenberg Antiferromagnet Sr2CuTeO6 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Koga, N. Kurita, H. Tanaka
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 号: 11 ページ: 115001-115001
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.115001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Almost Perfect Frustration in the Dimer Magnet Ba2CoSi2O6Cl2 (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, N. Kurita, M. Okada, E. Kunihiro, Y. Shirata, K. Fujii, H. Uekusa, A. Matsuo, K. Kindo, H. Nojiri
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 号: 10 ページ: 103701-103701
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.103701
  • NAID: 210000133280
  • 査読あり
• [学会発表] 基底一重項磁性体AFeX3(A=Cs,Rb;X=Cl,Br)の圧力下磁気相図 (2016)
  • 著者名/発表者名: 栗田伸之，田中秀数
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 基底一重項磁性体CsFeCl3における圧力誘起相転移 (2015)
  • 著者名/発表者名: 栗田伸之，田中秀数
  • 学会等名: 物性研短期研究会「スピン系物理の深化と最前線」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 2015-11-16
• [学会発表] スピン1/2擬2次元正方格子反強磁性体Sr2CuTeO6の磁気構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古賀智之, 栗田伸之，Maxim Avdeev, 佐藤卓,田中秀数
  • 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: 2015-09-16
• [学会発表] S=2籠目格子反強磁性体Cs2LiMn3F12の磁気励起 (2015)
  • 著者名/発表者名: 片山和哉, 栗田伸之，田中秀数, 南部雄亮, 佐藤卓, 河村聖子, 中島健次, 桑原慶太郎, 伊藤晋一
  • 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: 2015-09-16
• [学会発表] フラストレートしたスピンダイマー系Ba2NiSi2O6Cl2の磁場中量子相転移 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小池暢人, 栗田伸之，田中秀数, 上本紘平, 植草秀裕, Mingyue Ruan, 野尻浩之, 松尾晶, 金道浩一
  • 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: 2015-09-16
• [学会発表] 基底一重項反強磁性体CsFeBr3の磁場誘起磁気秩序 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白澤一樹, 栗田伸之，田中秀数
  • 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: 2015-09-16
• [学会発表] CsFeCl3及びRbFeBr3の高圧力下における磁気相図 (2015)
  • 著者名/発表者名: 栗田伸之，田中秀数
  • 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: 2015-09-16
• [学会発表] High Pressure Phase Diagram of the Singlet-Ground-State Magnet CsFeCl3 (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Kurita, H. Tanaka
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-10
• [学会発表] Magnetic Properties of an S=1/2 Triangular Lattice Antiferromagnet Ba2CoTeO6 (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Chanlert, N. Kurita, H. Tanaka
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-10
• [学会発表] Bose-Einstein Condensation vs. Crystallization of Magnons in Dimer Magnets Ba_2MSi_2O_6Cl_2 (M=Co, Cu) (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Okada, N. Kurita, H. Tanaka, K. Johmoto, K. Fujii, H. Uekusa, A. Matuo, K. Kindo, M. Tokunaga, H. Nojiri, M. Nakamura, S. Nishimoto
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-10
• [学会発表] Quantum Crystallization of Magnetic Quasiparticies in a Dimer Magnet Ba2NiSi2O6Cl2 (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Koike, M. Okada, N.Kurita, H.Uekusa, A. Matsuo, K. Kindo, H. Nojiri, H. Tanaka
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05 – 2015-07-10
• [学会発表] High pressure phase diagram of the singlet-ground-state magnet CsFeCl3 (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Kurita and H. Tanaka
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic and thermal properties of an s=1/2 triangular lattice antiferromagnet Ba2CoTeO6 (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Chanlert, N. Kurita, and H. Tanaka
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] Quantum crystallization of magnetic quasiparticles in a dimer magnet Ba2NiSi2O6Cl2 (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Koike, M. Okada, N. Kurita, H. Tanaka, H. Uekusa, K. Johmoto, A. Matsuo, and K. Kindo
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] Bose-Einstein condensation vs. crystallization of magnons in dimer magnets Ba2MSi2O6Cl2( M=Co, Cu) (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Okada, N. Kurita, H. Tanaka, K. Johmoto, K. Fujii, H. Uekusa, A. Matsuo, K. Kindo, M. Tokunaga, H. Nojiri, M. Nakamura, and S. Nishimoto
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] 基底一重項磁性体CsFeCl3の磁場誘起磁気秩序相の圧力効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 栗田伸之，田中秀数
  • 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
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 新規スピンダイマー系Ba2NiSi2O6Cl2の結晶構造と量子磁気特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小池暢人，岡田真喜子，栗田伸之，田中秀数
  • 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
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] S=2籠目格子反強磁性体Cs2Mn3LiF12の低温物性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 片山和哉，栗田伸之，田中秀数
  • 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
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] S=2籠目格子反強磁性体Cs2Mn3LiF12の純良単結晶の育成及び低温物性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 片山和哉，栗田伸之，田中秀数
  • 学会等名: 日本物理学会（2014年秋季大会）
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] S=1/2一次元反強磁性体KCuGaF6における磁気励起 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中秀数，栗田伸之，梅垣いづみ，小野俊雄，M. Laver，Ch. Niedermayer，Ch. Ruegg，河村聖子，中島健次，加倉井和久
  • 学会等名: 日本物理学会（2014年秋季大会）
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] スピンダイマー磁性体Ba2CoSi2O6Cl2における殆ど完全なフラストレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中秀数，栗田伸之，岡田真喜子，國弘英二，白田雄高，藤井孝太郎，植草秀裕，松尾晶，金道浩一，野尻浩之
  • 学会等名: 日本物理学会（2014年秋季大会）
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 新規スピンダイマー磁性体Ba2CuSi2O6Cl2の構造と量子磁性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡田真喜子，栗田伸之，田中秀数，上本紘平，植草秀裕，徳永将史
  • 学会等名: 日本物理学会（2014年秋季大会）
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] ボンドランダムネスのある三角格子反強磁性体の基底状態と熱力学特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小野俊雄，遠藤耀司，富永紘基，岩瀬賢治，石橋広記，山口博則，細越裕子，中野博生，栗田伸之，田中秀数，野尻浩之
  • 学会等名: 日本物理学会（2014年秋季大会）
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10