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2次元量子スピン系のモデル物質であるグラファイト上吸着固体ヘリウム3(^3He)薄膜では、多体交換相互作用が支配的であり、この競合がこの系の磁性を複雑なものにしている。最近、多体交換相互作用の競合には、吸着ポテンシャルのcorrugationが大きく影響を及ぼしていること、即ち、吸着構造が重要であることが明らかとなってきた。我々は、シミュレーションに基づいて、幾つかの整合構造と不整合構造からなる構造相図を提案している。このうち、整合構造が予測されている面密度領域における比熱(C)測定を初めてmK以下の温度(T)領域まで行った。結果は、他の面密度領域同様、C∝T^α(α【approximately equal】-1)と温度にほぼ反比例する依存性が2桁以上の広い温度範囲にわたり観測された。これは、局在スピン系の比熱としては異常なものである。この異常は多体交換相互作用の強い競合の反映であり、この競合が強いほどαの絶対値は小さいと考えられる。整合構造が予測される面密度領域でのαの絶対値は不整合相に比べ小さく、競合が非常に強いことを示している。これは、整合固相では、スピン交換が吸着ポテンシャルのcorrugationにより抑制されるが、これは小数個のスピン交換ほど強く、多体交換相互作用の競合はより強いはずであるとの予測に一致する。
一方、^3He薄膜の冷却メカニズムは明らかになっていなかった。緩和法により基盤-^3He薄膜間の熱伝導度測定を行った結果、熱伝導度は交換相互作用の大きさと同様な面密度依存性を示すことが明らかとなった。これは、測定された熱伝導度が^3He薄膜内の熱伝導度であること、^3He薄膜とグラファイト基盤は局所的に比較的強く熱接触していることを示している。この結果は、グラファイト基盤中の磁性不純物と^3Heスピン間の磁気的相互作用に由来する磁気Kapitza伝導の可能性を示唆している。熱伝導は磁場中で変化しており、この可能性を支持している。
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