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2020 年度 実施状況報告書

蜂の巣格子量子磁性体の純良単結晶育成と磁場誘起量子相の実験的検証

研究課題

研究課題/領域番号 19K03711
研究機関東京工業大学

研究代表者

栗田 伸之  東京工業大学, 理学院, 助教 (80566737)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード量子スピン液体 / キタエフ模型 / 磁場誘起量子相 / 純良単結晶育成
研究実績の概要

本研究の目的はα-RuCl3の磁気秩序相が消失する臨界磁場Hc近傍における臨界現象を明らかにすることである。積層欠陥の影響を最小限に抑えた純良単結晶の育成方法を確立することやα-RuCl3の関連物質を開拓することも本研究の重要課題である。
本年度はα-RuCl3の熱ホール効果の試料依存性及びCs2LiRuCl6の結晶構造・磁気特性に関する研究成果についていずれもPhysical Review Bに掲載された。前者の論文では、3つの異なるα-RuCl3単結晶の熱ホール効果測定を行い、最近報告を行った熱ホール伝導度の半整数量子化[Y. Kasahara et al., Nature 559, 227 (2018)]が再現性のある臨界現象であることや半整数量子化を示す試料の条件が存在することを示した。後者の論文では、α-RuCl3の関連物質の探索を行っている過程で偶然得られたCs2LiRuCl6の結晶構造解析及び磁化・比熱測定を行い、本物質がスピン1/2一次元Heisenberg反強磁性体として記述される六方晶構造の磁性体であることを明らかにした。また、フラストレーションの強いスピン系の量子相転移と磁気励起の研究に関して、学会奨励賞(電子スピンサイエンス学会)を受賞した。
一方、昨年度に引き続きα-RuCl3の純良単結晶を育成することが困難な状況となっている。粉末原料に何らかの変化が生じたことが大きな原因と考えらえる。異なる製造元の粉末原料を試したが同様の結果であった。結晶性の良い部分のみを収集し何度も合成を繰り返すことで単結晶の結晶性に向上は見られたが、以前得られていた単結晶の純度には至っていないのが現状である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度はα-RuCl3の熱ホール効果測定やCs2LiRuCl6のCs2LiRuCl6の結晶構造解析・磁化・比熱測定についての研究成果がPhysical Review Bに掲載された。一方、α-RuCl3の純良単結晶を得ることは昨年度に引き続き困難な状況となっている。本研究計画にはα-RuCl3の純良単結晶が必要不可欠なため、当初の計画より遅れが生じている。以上を総合的に判断し、進捗状況は「やや遅れている」とした。

今後の研究の推進方策

α-RuCl3単結晶の純度が向上するような条件(電気炉の炉心の温度等)を見出す。得られた純良単結晶試料の磁化・比熱・ESR測定を行い磁気相図を決定する。特にHc付近での振る舞いを詳細に調べ臨界現象を明らかにする。得られた結果の十分な解析及び議論を行い論文執筆を行う。

次年度使用額が生じた理由

本年度も昨年度に引き続き研究遂行に必要不可欠となる純良単結晶が得られなかった研究に遅れが生じた。更にコロナ禍の影響により予定していた出張や学会参加を見送ることとなった。このような事情により次年度使用額が生じた。次年度使用額については石英管や試料の原料に充当する予定である。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Coupled spin-12 antiferromagnetic chain Cs2LiRuCl6 with partially disordered crystal lattice2021

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Kazumitsu、Kurita Nobuyuki、Tanaka Hidekazu、Sugiyama Haruki、Uekusa Hidehiro、Diaz-Ortega Ismael F.、Nojiri Hiroyuki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 ページ: 064419(1-9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.103.064419

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sample dependence of half-integer quantized thermal Hall effect in the Kitaev spin-liquid candidate α?RuCl32020

    • 著者名/発表者名
      Yamashita M.、Gouchi J.、Uwatoko Y.、Kurita N.、Tanaka H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 220404(R)(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.220404

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ほぼ完全にフラストレートしたスピンダイマー量子磁性体の局在励起2020

    • 著者名/発表者名
      栗田伸之,田中秀数
    • 雑誌名

      波紋(日本中性子科学会)

      巻: 2 ページ: 130-135

    • 査読あり
  • [学会発表] フラストレーションの強いスピン系の量子相転移と磁気励起の研究2021

    • 著者名/発表者名
      栗田伸之
    • 学会等名
      電子スピンサイエンス学会2020
    • 招待講演
  • [学会発表] キタエフ物質α-RuCl3における電子線照射の影響2021

    • 著者名/発表者名
      今村薫平, 田中桜平, 水上雄太, 原澤龍平, 橋本顕一郎, 栗田伸之, 田中秀数, 山田昌彦, 藤本聡, 松田祐司, E.-G. Moon, M. Konczykowski, 芝内孝禎
    • 学会等名
      日本物理学会(第75回年次大会)
  • [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3におけるトポロジカル相転移の探索2021

    • 著者名/発表者名
      鵜飼柚希, 笠原裕一, 末次祥大, 村山陽奈子, 栗田伸之, 田中秀数, 橋本顕一郎, 水上雄太, 芝内孝禎, 松田祐司
    • 学会等名
      日本物理学会(第75回年次大会)
  • [学会発表] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における磁場中比熱の異方性2021

    • 著者名/発表者名
      原澤龍平, 田中桜平, 水上雄太, 栗田伸之, 田中秀数, Eun-Gook Moon, 笠原裕一, 松田祐司, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
    • 学会等名
      日本物理学会(第75回年次大会)
  • [学会発表] スピン 1/2 正方格子ハイゼンベルク反強磁性体SrLaCuMO6 (M=Sb, Nb)の磁性2021

    • 著者名/発表者名
      渡邊正理, 栗田伸之, 萩原雅人, 松下雄一郎, 田中秀数
    • 学会等名
      日本物理学会(第75回年次大会)
  • [学会発表] 積層三角格子反強磁性体Sr3CoTa2O9の磁気特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      西澤伊織, 栗田伸之, 田中秀数
    • 学会等名
      日本物理学会(第75回年次大会)
  • [学会発表] S=1/2カゴメ格子反強磁性体Cs2Cu3SnF12の磁気励起2021

    • 著者名/発表者名
      齋藤睦己, 高岸龍之介, 渡邊正理, 栗田伸之, 野村竜司, 池内和彦, 中島健次, 梶本亮一, 福元好志, 田中秀数
    • 学会等名
      日本物理学会(第75回年次大会)
  • [学会発表] ほぼ完全にフラストレートしたスピンダイマー量子磁性体の局在励起2020

    • 著者名/発表者名
      栗田伸之
    • 学会等名
      物性研短期研究会「中性子散乱研究の現状とJRR-3再稼働後の展望」
    • 招待講演
  • [学会発表] α-RuCl3のキタエフスピン液体状態における半整数異常熱ホール効果2020

    • 著者名/発表者名
      横井太一, 馬斯嘯, 笠原裕一, 笠原成, 芝内孝禎, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, C. Hickey, S. Trebst, 松田祐司
    • 学会等名
      日本物理学会(2020年秋季大会)
  • [学会発表] CsFeCl3の圧力誘起磁気相のESRによる研究III2020

    • 著者名/発表者名
      大久保晋, 鈴木哲平, 齋藤佑, 原茂生, 櫻井敬博, 太田仁, 松本正茂, 栗田伸之, 田中秀数
    • 学会等名
      日本物理学会(2020年秋季大会)
  • [学会発表] スピン1/2Heisenberg三角格子・Isingハニカム格子の磁気励起とBa2CoTeO6の非弾性中性子散乱実験2020

    • 著者名/発表者名
      児島佑樹, 栗田伸之, 田中秀数, 村井直樹, 中島健次
    • 学会等名
      日本物理学会(2020年秋季大会)
  • [学会発表] S=1/2カゴメ格子反強磁性体Rb2Cu3SnF12における高エネルギー磁気励起2020

    • 著者名/発表者名
      齋藤睦己, 栗田伸之, 池内和彦, 梶本亮一, 福元好志,田中秀数
    • 学会等名
      日本物理学会(2020年秋季大会)
  • [学会発表] μSR法によるスピン1/2ランダムボンド三角格子反強磁性体Ba2La2Co(Te1-xWx)2O12の磁気基底状態の研究2020

    • 著者名/発表者名
      渡邊正理, 児島佑樹, 栗田伸之, 伊藤孝, 髭本亘,中村惇平,幸田章宏, 田中秀数
    • 学会等名
      日本物理学会(2020年秋季大会)

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公開日: 2021-12-27  

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