有機分子による磁気格子設計と新しい量子現象

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H03695
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 細越 裕子 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50290903)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 有機磁性体 / 有機ラジカル / 量子スピン系 / 結晶構造 / 磁化 / 比熱 / 二次元磁性体 / 三次元磁性体

研究実績の概要

本研究は、有機磁性体が理想的な量子スピン系を形成することに着目し、様々なスピン空間構造の構築と量子特性の解明研究を行うものである。特に、多次元磁気格子やフラストレート磁性体の量子特性に着目する。前年度までの実験により、π共役系の形状や平面性の制御が多方向への磁気相関の発現に有効であることが示された。ここで得られた知見を元に、物質開発を進め、各種物性測定を行い、新しい量子磁気状態の観測および量子化機構の解明研究を行った。主な成果を具体的に以下に記す。
(1) これまでに開発した、強磁性鎖を基盤とする二本足梯子格子磁性体は、いずれも弱い梯子鎖間相互作用によって、磁場誘起量子相転移を起こすことを明らかにしている。ここでは、極低温において磁場中の比熱測定および磁気熱量効果を詳細に検討した。ボーズ・アインシュタイン凝縮の量子臨界指数を決定し、量子磁気状態の性質を明らかにした。
(2) π共役系有機ラジカルのπ共役分子平面にねじれを導入することで、高次元の磁気格子を戦略的に合成した。二次元反強磁性正方格子物質を開発し、磁気異方性を詳しく調べることで、量子二次元磁気格子に特有の性質を明らかにした。二次元磁気格子としては、二本足梯子格子が二次元的に架橋されたトレリス格子磁性体物質を開発し、隣接スピン間の磁気的競合に起因する、特異な量子磁気状態の観測に成功した。さらに、三次元系として最小の最近接スピン数4を持つ三次元蜂の巣磁気格子物質を開発し、スピンの量子収縮を評価した。
以上のように、本研究では、有機ラジカル磁性体の分子設計による多彩な磁気格子の設計と合成に成功し、新しい量子磁気状態の観測に成功した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Institute of Materials Science of Aragon/University of Zaragoza(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Institute of Materials Science of Aragon/University of Zaragoza
• [雑誌論文] Quasi-one-dimensional Bose-Einstein condensation in the spin-1/2 ferromagnetic-leg ladder 3-I-V (2018)
  • 著者名/発表者名: Kono Y.,Kittaka S.,Yamaguchi H.,Hosokoshi Y.,Sakakibara T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 ページ: 100406(R)/1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.100406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic-field-induced Quantum Phase in S = 1/2 Frustrated Trellis Lattice (2018)
  • 著者名/発表者名: Hironori Yamaguchi1, Daichi Yoshizawa, Takanori Kida, Masayuki Hagiwara, Akira Matsuo, Yohei Kono, Toshiro Sakakibara, Yusuke Tamekuni, Hirotsugu Miyagai, and Yuko Hosokoshi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87(4) ページ: 043701/1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.043701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effective S = 2 antiferromagnetic spin chain in the salt (o-MePy-V)FeCl4 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Iwasaki, T. Kida, M. Hagiwara, T. Kawakami, Y. Hosokoshi, Y. Tamekuni, and H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 97 ページ: 085113/1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.085113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Randomness-induced quantum spin liquid on honeycomb lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Hironori Yamaguchi, Masataka Okada, Yohei Kono, Shunichiro Kittaka, Toshiro Sakakibara, Toshiki Okabe, Yoshiki Iwasaki, and Yuko Hosokoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 16144/1-6
  • DOI: 10.1038/s41598-017-16431-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional Bose-Einstein condensation in the spin-1/2 ferromagnetic-leg ladder 3-Br-4-F-V (2017)
  • 著者名/発表者名: Kyohei Kono, Hironori Yamaguchi, Yuko Hosokoshi, and Toshiro Sakakibara
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96(10), ページ: 104439/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.104439
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetization process of the S = 1/2 two-leg organic spin-ladder compound BIP-BNO (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Nomura, Yasuhiro H. Matsuda, Yasuo Narumi, Koichi Kindo, Shojiro Takeyama, Yuko Hosokoshi, Toshio Ono, Naoya Hasegawa, Hidemaro Suwa, and Synge Todo
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86(10) ページ: 104713/1-3
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.104713
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic properties of a quasi-two-dimensional S = 1/2 Heisenberg antiferromagnet with distorted square lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Hironori Yamaguchi, Yusuke Tamekuni, Yoshiki Iwasaki, Rei Otsuka, Yuko Hosokoshi, Takanori Kida, and Masayuki Hagiwara
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95(23) ページ: 235135/1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.235135
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-1/2 Quantum Antiferromagnet on a Three-dimensional Honeycomb Lattice Formed by a New Organic Biradical F4BIPBNN (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Amaya, Toshio Ono, Yuta Oku, Hironori Yamaguchi, Akira Matsuo, Koichi Kindo, Hiroyuki Nojiri, Fernando Palacio, Javier Campo, and Yuko Hosokoshi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86(7) ページ: 074706/1-7
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.074706
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] スピン1/2有機フェロレッグラダー3-Cl-4-F-Vの量子臨界性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河野洋平, 山口博則, 細越裕子, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）東京理科大学（野田キャンパス）
• [学会発表] S=2ハニカム格子磁性体[Mn(hfac)2][o-Py-V-p-F2]の低温物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡部俊輝, 山口博則, 細越裕子, 萩原政幸, 中村翔太, 橘高俊一郎, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）東京理科大学（野田キャンパス）
• [学会発表] フッ素置換有機ビラジカルが形成するハニカム格子の磁気相互作用制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 向野恭平, 大塚怜, 天谷直樹, 山口博則, 小野俊雄, 野尻浩之, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）東京理科大学（野田キャンパス）
• [学会発表] ニトロニルニトロキシドビラジカルによるハニカム様磁気格子の形成と磁気特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 梶本侑馬, 大塚怜, 小野俊雄, 山口博則, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）東京理科大学（野田キャンパス）
• [学会発表] ボンドランダムネスをもつS=1/2 二次元フラストレート磁性体混晶系Cs2CuCl4-xBrx，x=3.4の動的構造因子 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小野俊雄, 飯田一樹, 古府麻衣子, 河村聖子, 中島健次, 長谷川舜介, 益田隆嗣, 山口博則, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）東京理科大学（野田キャンパス）
• [学会発表] 微小結晶用熱伝導率測定プローブの開発と性能評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柴田尚樹, 堀口元成, 高橋直貴, 小野俊雄, 細越裕子, 村上修一, 佐藤和郎, 四谷任
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）東京理科大学（野田キャンパス）
• [学会発表] 新規フェルダジル系塩の低温物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 為国雄介, 山口博則, 岩崎義己, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）東京理科大学（野田キャンパス）
• [学会発表] S = 1 スピンラダー物質BIP-TENOの強磁場中の磁気歪み (2018)
  • 著者名/発表者名: 野村和哉, 池田暁彦, 松田康弘, 天谷直樹, 小野俊雄, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会（2018年）東京理科大学（野田キャンパス）
• [学会発表] 新規電荷移動塩(o-MePy-V)FeCl4の特異な強磁場物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩﨑義己, 山口博則, 細越裕子, 木田孝則, 萩原政幸, 川上貴資
  • 学会等名: 第56回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2017)
• [学会発表] ハニカム格子を形成するフェルダジ系金属錯体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡部俊輝 , 山口博則, 細越裕子, 萩原政幸, 中村翔太, 橘高俊一郎 , 榊原敏郎
  • 学会等名: 第56回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2017)
• [学会発表] 弱く積層した正方格子反強磁性体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 為国雄介, 山口博則, 岩﨑義己, 細越裕子, 木田孝則, 萩原政幸
  • 学会等名: 第56回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2017)
• [学会発表] スピン鎖を形成する電荷移動塩(o-MePy-V)FeCl4の多周波ESR (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩崎義己, 山口博則, 細越裕子, 木田孝則, 萩原政幸, 川上貴資
  • 学会等名: 第27回（平成29年度）日本赤外線学会研究発表会
• [学会発表] 歪んだ正方格子反強磁性体α-2,3,5-Cl3-Vの多周波ESR (2017)
  • 著者名/発表者名: 為国雄介, 山口博則, 岩崎義己, 細越裕子, 木田孝則、萩原政幸
  • 学会等名: 第27回（平成29年度）日本赤外線学会研究発表会
• [学会発表] ハニカム格子を形成する新規金属錯体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡部俊輝，山口博則，小野俊雄，細越裕子, 萩原政幸，中村翔太，橘高俊一郎，榊原俊郎
  • 学会等名: 第27回（平成29年度）日本赤外線学会研究発表会
• [学会発表] 微小試料用の熱伝導率測定装置の開発と性能評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柴田尚樹，堀口元成, 高橋直貴，小野俊雄，山口博則，細越裕子, 村上修一，佐藤和郎，四谷任
  • 学会等名: 第16回低温工学・超伝導若手合同講演
• [学会発表] 有機スピンラダー物質の超強磁場磁化過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野村和哉, 松田康弘, 嶽山正二郎, 金道浩一, 池田 暁彦, 小濱芳允, 天谷直樹, 小野俊雄, 細越裕子, 藤堂眞治, 諏訪秀麿
  • 学会等名: 強磁場コラボラトリーが拓く未踏計測領域への挑戦と物質・材料科学の最先端, 物質・材料研究機構 千現地区
• [学会発表] Development of Organic Quantum Magnets (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuko Hosokoshi
  • 学会等名: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals Superconductors and Ferromagnets (ISCOM2017), Zao, Miyagi, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Quantum states in 3D magnets of ideally isotropic spins of S = 1/2 made of organic radicals (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuko Hosokoshi
  • 学会等名: The 11th Japanese-Russian WS on Open Shell Molecules and Molecular Spin Devices, Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji Island, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnetic properties of S = 1/2 four-leg spin-ladder consisting of a new organic biradical (2017)
  • 著者名/発表者名: Rei Otsuka, Kentaro Kikuchi, Kyohei Okuda, Naoki Amaya, Hironori Yamaguchi, Toshio Ono, Hiroyuki Nojiri and Yuko Hosokoshi
  • 学会等名: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals Superconductors and Ferromagnets (ISCOM2017), Zao, Miyagi, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Low-Temperature Physical Properties of the S = 1/2 Frustrated Square Lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tamekuni, Hironori Yamaguchi, Yoshiki Iwasaki, Toshio Ono, and Yuko Hosokoshi
  • 学会等名: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals Superconductors and Ferromagnets (ISCOM2017), Zao, Miyagi, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic Properties of a Charge-Transfer Salt (m-MePyV)2(Fe2OCl6) (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinnosuke Miyamoto, Hironori Yamaguchi, Yoshiki Iwasaki, Toshio Ono, and Yuko Hosokoshi
  • 学会等名: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals Superconductors and Ferromagnets (ISCOM2017), Zao, Miyagi, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Low-temperature physical properties of the S = 1/2 four-leg ladder lattice consisting of a new organic biradical (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Otsuka, K. Kikuchi, K. Okuda, N. Amaya, H. Yamaguchi, T. Ono, H. Nojiri Y. Hosokoshi
  • 学会等名: 28th International Conference on Low Temperature Physics (LT28), Swedish Exhibition Centre/Gothia Towers, Gothenburg, Sweden
  • 国際学会
• [学会発表] Low-temperature physical properties of the S=1/2 frustrated square lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tamekuni, Hironori Yamaguchi, Yoshiki Iwasaki, Yuko Hosokoshi
  • 学会等名: 28th International Conference on Low Temperature Physics (LT28), Swedish Exhibition Centre/Gothia Towers, Gothenburg, Sweden
  • 国際学会
• [学会発表] Low-temperature magnetic properties of verdazyl-based complexes (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Okabe, Hironori Yamaguchi, Yuko Hosokoshi
  • 学会等名: 28th International Conference on Low Temperature Physics (LT28), Swedish Exhibition Centre/Gothia Towers, Gothenburg, Sweden,
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic properties of quasi-two-dimensional S = 1/2 Heisenberg antiferromagnet with distorted square lattice (2017)
  • 著者名/発表者名: Hironori Yamaguchi, Yoshiki Iwasaki, Yuko Hosokoshi, Takanori Kida, and Masayuki Hagiwara
  • 学会等名: 28th International Conference on Low Temperature Physics (LT28), Swedish Exhibition Centre/Gothia Towers, Gothenburg, Sweden
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic structure of organic radical p-CF3PNN investigated by photoemission spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Anzai, Takakura Ryosuke, Yusuke Ono, Suzuna Ishihara, Hitoshi Sato, Hirofumi Namatame, Masaki Taniguchi, Toshiyuki Matsui, Satoru Noguchi, Yuko Hosokoshi
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES 2017), Clarion Congress Hotel in Prague, Prague, Czech Republic
  • 国際学会
• [学会発表] S = 1 スピンラダー物質BIP-TENOの強磁場過程の温度依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野村和哉, 松田康弘, 嶽山正二郎, 天谷直樹, 小野俊雄, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会 [物性（領域2を除く）] 岩手大学（上田キャンパス）
• [学会発表] フッ素置換基をもつ有機ビラジカルの構造と磁性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 向野恭平, 大塚怜, 天谷直樹, 山口博則, 小野俊雄, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会 [物性（領域2を除く）] 岩手大学（上田キャンパス）
• [学会発表] スピン1/2有機フェロレッグラダー物質の磁気熱量効果測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河野洋平, 橘高俊一郎, 山口博則, 細越裕子, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会 [物性（領域2を除く）] 岩手大学（上田キャンパス）
• [学会発表] ハニカム格子を形成するフェルダジル系金属錯体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡部俊輝, 山口博則, 小野俊雄, 細越裕子, 中村翔太, 橘高俊一郎, 榊原俊郎
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会 [物性（領域2を除く）] 岩手大学（上田キャンパス）
• [学会発表] フェルダジル系電荷移動錯体(m-MePyV)2(Fe2OCl6)の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本慎之介, 山口博則, 岩 義己, 小野俊雄, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会 [物性（領域2を除く）] 岩手大学（上田キャンパス）
• [学会発表] フェルダジルラジカルからなる電荷移動錯体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 為国雄介, 山口博則, 岩崎義己, 小野俊雄, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会 [物性（領域2を除く）] 岩手大学（上田キャンパス）
• [学会発表] 三次元ハニカム格子磁性体の低温物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田善彦, 山口博則, 小野俊雄, 細越裕子, 木田孝則, 萩原政幸
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会 [物性（領域2を除く）] 岩手大学（上田キャンパス）
• [学会発表] 角度分解光電子分光による有機ラジカル磁性体 p-CF3PNN の分子軌道の直接観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野村和哉, 池田暁彦, 松田康弘, 天谷直樹, 小野俊雄, 細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会 [物性（領域2を除く）] 岩手大学（上田キャンパス）
• [備考] ようこそ！細越研究室へ
  • URL: http://www.p.s.osakafu-u.ac.jp/~yhoso/index.html
• [備考] 分子を使った乱れの設計により量子スピン液体を実現―新たな量子現象を取り込んだ新材料の開発を可能に―
  • URL: https://www.osakafu-u.ac.jp/news/press-release/pr20171124/
• [備考] 大阪府立大と東大、分子を使った乱れの設計により量子スピン液体を実現
  • URL: https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP464110_S7A121C1000000/