| 研究課題/領域番号 |
17071002
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
福山 寛 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (00181298)
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| 研究分担者 |
小形 正男 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (60185501)
森下 將史 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 助教 (90251032)
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| キーワード | 量子流体 / 強相関 / フラストレーション / スピン液体 / 超流動 / 多体交換相互作用 / フェルミ液体 / 低次元系 |
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| 研究概要 |
1. 2次元^3Heの4/7整合相直下の密度域で零点空格子点相が実現していることを示す熱容量測定の結果を検証するため、スピン-スピン緩和時間(T_2)の測定を進めた。エコー信号の減衰をより広い時間領域まで拡げて測定したところ、広い密度範囲に渡って2種類の(T_2)成分が観測された。長い方の成分の全磁化への寄与は温度にも密度にも依らず5%と小さいことから、グラフォイル吸着基板の配向性の分布に起因する非本質的なものであると考えられる。この結果は、4/7整合相直下の密度域がマクロに相分離したモデルとは矛盾し、零点空格子点相モデルとは矛盾しない(福山)。
2. 4/7相について最近提案された吸着構造に従うと、^3He原子の1/4を非磁性な^4Heに置換することにより理想的なカゴメ格子上量子スピン系の実現する可能性を提案した。この系の熱容量を実際に測定したところ、顕著なダブルピーク構造が観測された。数十mKの高温ピークは^3He原子と^4He原子がその吸着サイトを交換する熱励起に由来するとしてよく説明できるので、これより充分低温ではカゴメ格子スピン系が実現していることが期待できる。スピン系に由来する1mK以下の低温ピークは、三角格子系に比べて短距離秩序の成長が阻害されていることを示しており、理論予測と一致する(森下)。
3. 単層液体^3Heの有効模型として多体スピン交換相互作用を加えた三角格子t-J模型を厳密対角化により調べた。その結果、4/7相にドープされた領域において、強磁性的な二体交換と反強磁性的な四体交換相互作用が競合することによって、新しい量子相が出現し得ることを見出した。さらにエネルギー分布の解析から、この新量子相ではスピン-質量分離的な振舞いが見られることを明らかにした。この結果は、グラファイト基板上に吸着した^3Heにおける比熱の二重ピークを説明することができると考えられる(小形)。
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