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量子スピンカゴメ格子の磁気転移と遅いゆらぎ

公募研究

研究領域フラストレーションが創る新しい物性
研究課題/領域番号 22014004
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

吉田 誠  東京大学, 物性研究所, 助教 (40379475)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2011年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2010年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
キーワード磁性 / 磁気共鳴 / フラストレーション / 量子スピン系 / 強相関電子系
研究概要

量子スピンカゴメ格子のモデル物質ボルボサイトCu_3V_2O_7(OH)_2・2H_2Oにおいて、強磁場中の詳細な核磁気共鳴(NMR)測定により、遅いゆらぎを伴った異常なスピンと、ほとんど通常の反強磁性状態にあると考えられるスピンの共存状態(Heterogeneous spin state)が測定限界の31 Tまで安定であることを見出した。また、通常の反強磁性的な状態にあるスピンが25 Tで強磁性偏極することを見出した。この部分的な強磁性偏極が、ボルボサイトで見られる特徴的な磁化ステップ現象の原因であることを明らかにした。低温強磁場の磁化およびNMRの結果が、一次元方向に交換相互作用を強くしたカゴメのモデルで定性的に理解できることを示した。これらの結果は量子スピンカゴメ格子の性質の理解を大きく進めるものである。さらに単結晶ボルボサイトのNMRも進め、ボルボサイトで見られる異常物性がクリーンな極限でも同様に観測される本質的なものであることを確認した。
また、より理想的なカゴメ格子のモデル物質であるベシニエイトBaCu_3V_2O_8(OH)_2の純良試料において詳細なNMR測定を行い、13Kから徐々にスピンの秩序化が生じ、9Kで明確な長距離磁気秩序を示すことを明らかにした。詳細なNMRの解析から、ベシニエイトの磁気構造がQ=0の120度構造に近いことを見出した。Q=0の120度構造はカゴメ格子にジャロシンスキー-守谷相互作用を加えた時に生じる磁気構造であることが理論的に指摘されている。よってこの実験結果は、ベシニエイトが実際に理想的なカゴメ格子であるものの、ジャロシンスキー-守谷相互作用のために長距離磁気秩序する系であることを示す結果である。これは理想的な量子スピンカゴメ格子の基底状態を正確に決定した初めての例であり、カゴメ格子の物理の理解を大きく進めるものである。

報告書

(2件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2012 2011 2010

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] High-Field Phase Diagram and Spin Structure of Volborthite Cu_3V_2O_7(OH)_2-2H_2O2012

    • 著者名/発表者名
      Makoto Yoshida, Masashi Takigawa, Steffen Kramer, Sutirtha Mukhopadhyay, Mladen Horvatic, Claude Berthier, Hiroyuki Yoshida, Yoshihiko Okamoto, Zenji Hiroi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 81 号: 2 ページ: 024703-024703

    • DOI

      10.1143/jpsj.81.024703

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Heterogeneous spin state in the field-induced phase of volborthite as seen via ^<51>V nuclear magnetic resonance2011

    • 著者名/発表者名
      Makoto Yoshida, Masashi Takigawa, Hiroyuki Yoshida, Yoshihiko Okamoto, Zenji Hiroi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 84 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.020410

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metal-Insulator Transition and Magnetic Order in the Pyrochlore Oxide Hg_2Ru_2O_72011

    • 著者名/発表者名
      Makoto Yoshida
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 80

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 単結晶volborthite Cu_3V_2O_7(OH)_2・2H_2OのNMR2012

    • 著者名/発表者名
      吉田誠
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      関西学院大学
    • 年月日
      2012-03-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] スピン1/2カゴメ格子反強磁性体vesignieite BaCu_3V_2O_8(OH)_2のNMR2011

    • 著者名/発表者名
      吉田誠
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2011-09-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Cu_3V_2O_7(OH)_2・2H_2O (volborthite)における2種類のスピン状態の共存2010

    • 著者名/発表者名
      吉田誠
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪府立大
    • 年月日
      2010-09-24
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

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公開日: 2010-08-23   更新日: 2018-03-28  

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