研究課題
本年度は量子スピンアイスの候補物質Tb2-xTi2+xO7+yを取り上げて0.1 Kまでの極低温比熱測定から、この系に存在が指摘されている3つの準粒子励起（①磁気モノポール励起、②電気的モノポール励起（Vison励起）、③ギャップレスの擬似フォトン励起）の現象の解明を目指して研究を行った。また、いくつか新しい物質系の開発を行って研究を進め、得られた成果を論文にまとめた。Tb2-xTi2+xO7+y (x = ~-0.005)の純良結晶におけるゼロ磁場中の比熱は、0.1 Kまで相転移を示さず、0.2 K以下で大きく上昇する結果を得た。この上昇は核比熱の成分と考えられ、その成分を差し引いた振る舞いは本系の準粒子励起現象の情報を含んでいると考えられる。そこでArrhenius型の温度依存性を考えてその比熱の解析を行ったところ、ギャップエネルギーが約0.5 Kの振る舞いと同等のもので比熱の温度依存性をあらわせることが分かった。Tb2-xTi2+xO7+yの場合、上記③の擬似フォトン励起は、エネルギースケールで0.01 meV程度に対応するが、①、②の励起は0.1- 1Kの間の温度領域に対応する。特に、今回観測した振る舞いは、温度領域から考えて電気的モノポールの励起に関係した振る舞いと考えられる興味深い結果である。今後、理論の立場からの吟味が必要である。またTb2-xTi2+xO7+yにおいていくつかの組成にて比熱測定を行ったところ、アニール条件で比熱の振る舞いが変わることが分かった。中低温度領域にて酸素イオン移動があることを示唆する結果でイオン伝導の観点から興味深い。
2: おおむね順調に進展している
スピンアイスや量子スピンアイスの候補物質の純良な単結晶開発等を進め、そのダイナミクス等を極低温まで調べることができたため。
①典型的なスピンアイス物質であるD2Ti2O7に類似の Ho2Ti2O7の単結晶を使って、直流磁場方向と直交する配置で交流磁場を印加した時のモノポールのダイナミクスを調べる。そしてこれまでに行ったDy2Ti2O7との比較を行う。②引き続き、量子スピンアイスTb2-xTi2+xO7+yにおける特異な準粒子励起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。本物質は試料依存性が強いので、アニール条件の及ぼす影響も考えながら実験結果を吟味する。③純良な単結晶開発だけでなく薄膜合成にもチャレンジする。そしてモノポールの電流・電圧駆動実験からそのダイナミクスを吟味する。
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すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)
Inorg. Chem.
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