パイロクロア磁性体における量子スピンアイス、近藤効果と異常ホール効果の理論

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21740275
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 小野田 繁樹 独立行政法人理化学研究所, 古崎物性理論研究室, 専任研究員 (70455335)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 強相関系 / 磁性 / スピン液体 / スピンアイス / 異常ホール効果 / トポロジー

研究概要

パイロクロア酸化物磁性体Pr_2(Ir, Sn)_2O_7で観測されたPr磁気モーメントのスピンアイス相関と量子ゆらぎの起源を理解するため、Prモーメント間の超交換相互作用を微視的に導出した。この有効量子模型においてスピンアイスが量子揺らぎによって融解した状態が実現しうることを示し、カイラルスピン液体相における異常ホール伝導度を説明した。この理論的枠組をさらに一般化し、局在系Pr_2Sn_2O_7、Yb_2Ti_2O_7に対する中性子散乱実験を説明することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Anisotropic hysteretic Hall effect and magnetic control of chiral domains in the chiral spin states of Pr_2Ir_2O_7 (2011)
  • 著者名/発表者名: L. Balicas, S. Nakatsuji, Y. Machida, S. Onoda
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 106 ページ: 217204/1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effective quantum pseudospin-1/2 model for Yb pyrochlore oxides (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 320 ページ: 012065/1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous Hall Effect in the Spin Liquid Phase of Pr_2Ir_2O_7 (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Nakatsuji, Y. Machida, S. Onoda, T. Tayama, T. Sakakibara
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 320 ページ: 012056/1-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum fluctuations in the pseudospin-1/2 model for magnetic pyrochlore oxides (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda, Y. Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 83 ページ: 094411/1-16
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum melting of spin ice : emergent cooperative quadrupole and chirality (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda, Y. Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 105 ページ: 047201/1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous Hall Effect (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Nagaosa, J. Sinova, S. Onoda, A. H. MacDonald, N. P. Ong
  • 雑誌名: Reviews of Modern Physics 巻: 82 ページ: 1539-1592
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-reversal symmetry breaking and spontaneous Hall effect without magnetic dipole order (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Machida, S. Nakatsuji, S. Onoda, T. Tayama, T. Sakakibara
  • 雑誌名: Nature(London) 巻: 463 ページ: 210-213
  • 査読あり
• [学会発表] Topological phases with broken time-reversal symmetry in pyrochlore iridates (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda
  • 学会等名: Deutsche Physikalische Gesellschaft Spring Meeting, Focus Session "Topological Transport in Systems with broken Time Inversion Symmetry"
  • 発表場所: Technische Universitat Berlin, Berlin
  • 年月日: 20120325-30
• [学会発表] Quantum dynamics and Anderson-Higgs transition of magnetic monopoles in quantum spin ice systems (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda
  • 学会等名: 2nd ASRC International Workshop on Magnetic Materials and Nanostructures
  • 発表場所: Tokai, Japan
  • 年月日: 20120110-13
• [学会発表] Theory of spin liquids in integer spin pyrochlores (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Lee, S. Onoda, L. Balents
  • 学会等名: APS March Meeting 2012
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2012-02-29
• [学会発表] Schwinger-boson approach to spin-liquid and Higgs phases in quantum spin ice : Yb_2Ti_2O_7 and Pr_2Zr_2O_7 (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda
  • 学会等名: APS March Meeting 2012
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2012-02-27
• [学会発表] Quantum dynamics and Anderson-Higgs transition of magnetic monopoles in quantum spin ice systems (2012)
  • 著者名/発表者名: L.-J. Chang, S. Onoda, Y. Su, et al
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2012-02-27
• [学会発表] Magnetic Coulomb liquids and Higgs transitions in rare-earth magnetic pyrochlore oxides (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda
  • 学会等名: Workshop on Geometrically Frustrated Magnets : From Spin Ice to Kagome Planes
  • 発表場所: Natal, Brasil
  • 年月日: 20111211-16
• [学会発表] New pyrochlore spin liquids (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda
  • 学会等名: CIFAR/MEXT Japanese Network Meeting
  • 発表場所: Coast Plaza Hotel and Suites, Vancouver, Canada
  • 年月日: 20110528-31
• [学会発表] Quantum dynamics of intrinsic topological magnetic defects (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda
  • 学会等名: The 26th Nishinomiya-Yukawa Memorial International Workshop "Novel Quantum States in Condensed Matter 2011 : Correlation, Frustration and Topology"
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-12-06
• [学会発表] Quantum dynamics of intirnsic magnetic topological defects : monopoles and skyrmions (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda
  • 学会等名: FIRST Program "Quantum Science on Strong Correlation" Theory Forum Workshop
  • 発表場所: Univ. of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2011-04-28
• [学会発表] Quantum effects in spin ice and related compounds (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda
  • 学会等名: Advanced Working Group on Monopoles in Spin Ice meeting
  • 発表場所: Royal Holloway College, University of London, UK
  • 年月日: 20101015-16
• [学会発表] Quantum melting of spinice : chiral spin liquid and ferroquadrupole order (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda
  • 学会等名: 2nd APCTP-IACS Joint Conference : International Conference on Physics of Novel Oxide Materials
  • 発表場所: APCTP, Pohang, Korea
  • 年月日: 20100715-17
• [学会発表] 磁性強誘電体の電気磁気結合と電磁応答の徴視的理論 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野田繁樹
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2010-03-23
• [学会発表] Quantum melting of spinice (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda, Y. Tanaka
  • 学会等名: Annual March Meeting of American Physical Society 2010
  • 発表場所: Portland, USA
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] Pr系パイロクロア型磁性体の有効理論 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田中洋一、小野田繁樹
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2009-09-21
• [学会発表] Chirality in Quantum Spin Liquid and Ice (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Onoda, S. Furukawa, Y. Tanaka, and M. Sato
  • 学会等名: Joint European Japanese Conference : Frustration in Condensed Matter
  • 発表場所: Ecole Normale Superieure de Lyon
  • 年月日: 2009-05-08
• [備考]
  • URL: http://www.riken.jp/lab-www/cond-mat-theory/onoda/Pr2TM2O7_j.htm