ハニカム構造新量子液体の実現と素励起研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01836
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 北川 健太郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 講師 (90567661)
• 研究分担者: 松林 和幸 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (10451890) ; 平岡 奈緒香 (太田奈緒香) 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (40758827)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ランタノイド / ボーズアインシュタイン凝縮 / 量子スピン液体 / 高圧物性

研究実績の概要

最終年度は、前年度に新たに発見したランタノイド擬スピン1/2ハニカム化合物の新物性・新物質を詳らかに調べ発表することに注力した。具体的には、(i)ハイゼンベルグ擬二次元反強磁性体YbCl3において高磁場下の傾角反強磁性に関連したボゾンのボーズアインシュタイ ン凝縮(BEC)描像を確立し、その臨界性、次元性を調べることと、(ii)新しいSm3+のハニカム格子磁性体Cu3SmTe3の基礎物性を明らかにし、キタエフ物性を訴求する研究である。(i)の常圧下の研究は2021年3月の日本物理学会で今田が発表済みであるが、今年度も引き続き臨界磁場(量子臨界点)近傍のNMR実験を遂行し、BECの次元性と3次元長距離秩序の関係を微視的実験の立場から明らかにした(北川・今田)。また、予備実験で顕著な圧力依存が判明したので、前年度までに開発した精密な高圧磁化測定技術（論文3件）により高圧下磁気相図の作成を行った(平岡)。(ii)のSmハニカム化合物は、Sm系として初めてのキタエフ候補物質の発見の可能性がある。正しい結晶構造の同定を初めて報告したほか、良質な単結晶の育成に成功した（2022年3月日本物理学会）。これまでの物性評価から、キタエフ型相互作用発現の舞台であるJ=5/2のΓ7基底二重項に近い状態が実現していることは確認されたため、第一段階はクリアーしたと言えるが基底状態はまだ決定できていない。今後、キタエフ性が見いだされれば、候補物質の少なさから閉塞感のあるキタエフ系研究に大きな波及効果が期待される。現在のところ、それを否定する実験結果はない。後継の研究課題で明らかにしたい。これらの研究は現在論文執筆中である。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3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] マックス・プランク研究所(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マックス・プランク研究所
• [雑誌論文] Nonmagnetic-Magnetic Transition and Magnetically Ordered Structure in SmS (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida, T. Koyama, H. Yamada, Y. Nakai, K. Ueda, T. Mito, K. Kitagawa, Y. Haga
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: 155153
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.155153
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of Opposed-Anvil-Type High-Pressure Cell for Precision Magnetometry and Its Application to Quantum Magnetism (2021)
  • 著者名/発表者名: Naoka Hiraoka, Kelton Whiteaker, Marian Blankenhorn, Yoshiyuki Hayashi, Ryosuke Oka, Hidenori Takagi, and Kentaro Kitagawa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 90 ページ: 074001
  • DOI: 10.7566/JPSJ.90.074001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nearly Room-Temperature Ferromagnetism in a Pressure-Induced Correlated Metallic State of the van der Waals Insulator CrGeTe3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Dilip Bhoi, Jun Gouchi, Naoka Hiraoka, Yufeng Zhang, Norio Ogita, Takumi Hasegawa, Kentaro Kitagawa, Hidenori Takagi, Kee Hoon Kim, and Yoshiya Uwatoko
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 127 ページ: 217203
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.217203
  • 査読あり
• [雑誌論文] 量子磁性研究のための高圧下精密磁化測定技術 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平岡奈緒香、北川健太郎
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 673 ページ: 203-215
• [学会発表] 対向アンビル型装置による磁化とNMR測定、量子磁性から超伝導まで (2022)
  • 著者名/発表者名: 北川健太郎
  • 学会等名: 未来を拓く高圧力科学技術セミナーシリーズ（46）「高圧力下における物性測定技術の最前線」、オンライン
  • 招待講演
• [学会発表] 10GPa前後までの精密なマクロとミクロ(NMR)磁気測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 北川健太郎
  • 学会等名: ISSPワークショップ「高圧セミナー “最近の話題から”」、オンライン
  • 招待講演
• [学会発表] Smカルコゲナイドでのキタエフ候補物質開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 北川健太郎, 露木裕太, 矢田季寛, 高木英典
  • 学会等名: 日本物理学会第７７回年次大会, オンライン開催
• [学会発表] 金色相SmSの低温，高圧下で現れるギャップ状態と磁気秩序状態の33S-NMR測定による研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田章吾, 北川健太郎, 山田陽彦, 小山岳秀, 中井祐介, 上田光一, 水戸毅, 芳賀芳範
  • 学会等名: 日本物理学会第７７回年次大会, オンライン開催
• [学会発表] NMR測定によるハイゼンベルク反強磁性体YbCl3のBEC-QCPの研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今田絵理阿, 松本洋介, Simon Schnierer, Jan Bruin, 北川健太郎, 高木英典
  • 学会等名: 日本物理学会２０２１年秋季大会, オンライン開催
• [学会発表] 2次元ハイゼンベルグ量子磁性体YbCl3への高圧印加による反強磁性相互作用の抑制 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平岡奈緒香, 今田絵理阿, 郷地順, 北川健太郎, 上床美也, 高木英典
  • 学会等名: 日本物理学会２０２１年秋季大会, オンライン開催
• [備考] 高木・北川研究室 | 東京大学 高木・北川研究室のページ
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/takagi_lab/