| 研究課題/領域番号 |
17H04849
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
高津 浩 京都大学, 工学研究科, 特定講師 (60585602)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | スピンアイス / カゴメアイス / 磁気モノポール / Dy2Ti2O7 |
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| 研究実績の概要 |
本年度はスピンアイス物質Dy2Ti2O7の単結晶を使った交流磁化率測定や中性子散乱実験からカゴメアイス状態における2次元モノポールの対励起の現象を吟味した。具体的には以下の研究実績を得た。
①直流磁場と交流磁場を平行に印加する特別な実験配置で測定したDy2Ti2O7のカゴメアイス相(T < 1 K, 0.3 < H < 0.9 T)の交流磁化率の周波数依存性には、スケーリング則が成り立つことを見出した。また、このスケーリングの振る舞いは2次元クーロンガスモデルの理論計算とも一致することが分かった。モンテカルロシミュレーションによる解析や中性子散乱実験により2次元モノポール励起の観測を試みた。これらの結果、2次元モノポールのダイナミクスは2次元空間を自由に動くモノポール対間の相関長と関係する現象であることが浮き彫りとなった。つまり、モノポールの2次元ダイナミクスは2次元XYモデルの理想的な実験系であること、そしてモノポール対間の相関長が重要な物理量であることが分かった。カゴメアイス相の磁気モノポールのダイナミクスを2次元クーロンガスに見られる普遍的な外部応答として交流磁化率のスケーリングにより評価できることを示した点は重要である。
②0.1 Kまで測定可能な断熱消磁冷却装置とそれに取り付け可能な交流磁化測定装置を開発し、低温におけるモノポール励起のダイナミクスを調べる体制を整えた。またいくつか新しい物質系の開発を行って研究を進めた。得られた成果は論文にまとめた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
交流磁化率測定、中性子散乱実験、モンテカルロシミュレーション、理論との比較によりカゴメアイス状態におけるモノポールのダイナミクスが2次元クーロンガスの現象で理解できることを明らかにできたため。そして、それがモノポール対間の相関長で理解できる現象であること明確にできたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
①モノポールの準粒子励起を更に明らかにするためにDy2Ti2O7に類縁物質の測定を進めて行く。そしてスピンアイス相関に基づく普遍的な性質、イオン種に依存する量子的な性質の違い等を明らかにする。
②量子スピンアイスの候補物質であるTb2+xTi2-xO7+yを取り上げてこの系に存在が指摘されている磁気モノポール励起、電気的モノポール励起（Vison励起）、ギャップレスの擬似フォトン励起の現象の解明を目指す。そのために、x < -0.005の純良単結晶を用いた低温比熱測定などを行う。
③3He冷却装置に取り付け可能な交流磁化率装置を立ち上げて高周波数領域における高速のモノポールダイナミクスを調べる。
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