量子スピン液体状態でのスピンゼーベック効果

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K18730
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 下澤 雅明 東京大学, 物性研究所, 助教 (40736162)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 量子スピン液体 / 量子常誘電状態

研究実績の概要

本年度は、「π電子のスピン自由度」と「水素結合上のプロトン自由度」がカップリングした新しいタイプの量子スピン液体候補物質の理解を深めるために、４つの置換体（①H-ST、②H-EDT、③H-EDT-d4、④H-EDSe）に関して極低温で磁気トルク測定を行った。これらの物質の磁気トルク測定は２年前に行なっていたが、カンチレバーなどのバックグランドの影響が大きく、試料の磁気信号を評価できていなかった。今回はバックグランドの影響を取り除くことで、精密に試料の磁気トルク信号を抽出しすることに成功した。
具体的には、強強磁場ステーションの低温物性マグネットを利用し、幅広い温度磁場範囲で磁気トルク測定を行い、磁化率の温度依存性を評価した。その結果、上記４つの置換体全てにおいて、極低温までスピン自由度が凍結することなく揺らぎ続けていることが分かった。また、そのような状態でギャップレスのスピン励起が存在していることが明らかになった。ギャップレスの量子スピン液体が元素置換による影響を受けずに安定し続けるのは、従来の量子スピン液体の枠組みでは説明できない。これまでに我々が行った誘電率の測定結果を踏まえると、プロトンの量子揺らぎが新しい量子スピン液体の実現に重要な役割を果たしていることが分かった。この内容は、既に物理学会で発表しており、近日中に論文としてまとめて投稿する予定である。
今後は、現在進行中のCat系の熱測定（熱伝導率測定や比熱測定も含む）を行う予定である。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度は、「π電子のスピン自由度」と「水素結合上のプロトン自由度」がカップリングした新しいタイプの量子スピン液体候補物質であるCat系の研究を行った。しかし、当初予定していたこれらの物質の熱測定は現在進行中であり、研究進捗状況はわずかに遅れていると考えている。

今後の研究の推進方策

今後は、現在進行中のCat系の熱測定（熱伝導率測定や比熱測定も含む）を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

本年度購入予定だった装置があったが、実験の進捗状況にあわせて来年度購入することになった。

研究成果

• [雑誌論文] Spin thermal Hall conductivity of a Kagome antiferromagnet (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Doki, M. Akazawa, H.-Y. Lee, J. H. Han, K. Sugii, M. Shimozawa, N. Kawashima, M. Oda, H. Yoshida, and M. Ymashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 121 ページ: 097203
  • DOI: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.097203
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unusual thermal Hall effect in a Kitaev spin liquid candidate α-RuCl3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Kasahara, K. Sugii, T. Ohnishi, M. Shimozawa, M. Yamashita, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 120 ページ: 217205
  • DOI: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.217205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous suppression in the de Haas-van Alphen oscillations of CeCoIn5 at ultra-low temperatures (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Shishido, S. Yamada, K. Sugii, M. Shimozawa, Y. Yanase, and M. Yamashita
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 120 ページ: 177201
  • DOI: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177201
  • 査読あり
• [学会発表] キラル反強磁性体CsCuCl3のc軸熱輸送特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤澤仁寿, 土岐勇人, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 高阪勇輔, 秋光純, 井上克也, J. Zaccaro, I. Gautier-Luneau, D. Luneau
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] ダイマーモット絶縁体κ-(BEDT-TTF)2Hg(SCN)2X, (X = Br, Cl)における磁化率・磁気トルク測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山下穣, 杉井かおり, 下澤雅明, 上田顕, 森初果, Natalia Drichko, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, Elena I. Zhilyaeva, Svetlana A. Torunova, Rimma N. Lyubovskaya
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] 水素結合型モット絶縁体Cat-EDT系における量子常誘電・常磁性状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井桜子, 下澤雅明, 近藤潤, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, 橋本顕一郎, 井口敏, 佐々木孝彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] α-RuCl3における熱ホール効果の磁場角度依存性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 水上雄太, 田中桜平, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [学会発表] Thermal transport properties of S = 1/2 Cd-kapellasite (2019)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Akazawa, Hayato Doki, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Minoru Yamashita, Hyun-Yong Lee, Naoki Kawashima, Ryutaro Okuma, Zenji Hiroi, Jung Hoon Han
  • 学会等名: APS March Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] カゴメ反強磁性体Cd-Kapellasiteの熱輸送特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 赤澤仁寿, 土岐勇人, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, Hyun-Yong Lee, 川島直輝, 大熊隆太郎, 広井善二, Jung Hoon Han
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] CeCoIn5における超低温下NMR測定 III (2018)
  • 著者名/発表者名: 山下穣, 田代光輝, 下澤雅明, 杉井かおり, 谷口貴紀, 武田晃, 瀧川仁, 宍戸寛明
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] α-RuCl3におけるマヨラナ量子化条件の検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 水上雄太, 田中桜平, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
• [学会発表] Quantum Disordered State of Magnetic and Electric Dipoles in Hydrogen-Bonded Organic Mott Insulator κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Shimozawa, K. Hashimoto, A. Ueda, Y. Suzuki, K. Sugii, S. Yamada, Y. Imai, R. Kobayashi, K. Itoh, S. Iguchi, M. Naka, S. Ishihara, H. Mori, T. Sasaki, and M. Yamashita
  • 学会等名: ICSM2018
  • 国際学会