巨大スピン熱伝導物質の開発とメカニズムの解明

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22360001
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小池 洋二 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70134038)
• 研究分担者: 川股 隆行 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (00431601)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 熱伝導 / 単結晶 / 低次元量子スピン系 / 銅酸化物 / 遷移金属化合物 / マグノン / スピノン / スピンによる熱伝導

研究概要

スピンによる熱輸送を利用した新しい電気的絶縁性高熱伝導材料の開発を目指して,低次元量子スピン系の高品質単結晶を作製し,その熱伝導を測定し,大きなスピンによる熱伝導のメカニズムを研究した.その結果,スピンによる熱伝導が大きくなる要素として,以下のことを新しく見出した.(1)最隣接交換相互作用が均一であること.(2)ハイゼンベルグスピンであること.(3)スピン量子数Sが大きいこと.(4)磁気励起子がボース・アインシュタイン凝縮状態であること.(5)フラストレーションよるスピン揺らぎが大きいこと.

研究成果

• [雑誌論文] Thermal conductivity due to magnons in high-quality single crystals of the two-leg spin-ladder system (Ca,Sr,La)_<14>Cu_<24>O_<41> (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Naruse, T. Kawamata, M. Ohno, Y.Matsuoka, K. Kumagai, Y. Koike
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 154 ページ: 60-63
  • DOI: DOI:10.1016/j.ssc.2012.10.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic Behavior of Thermal Conductivity in theBose-Einstein Condensed State of the Bond-Alternating Spin-Chain System Pb_2V_3O_9 (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, T. Kawamata, K. Naruse, K. Kudo, N. Kobayashi, Y. Koike
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 400 ページ: 032079-1-4
  • DOI: DOI:10.1088/1742-6596/400/3/032079
  • 査読あり
• [雑誌論文] スピンによる熱伝導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小池洋二,川股隆行
  • 雑誌名: 伝熱 巻: 50 ページ: 12-20
• [雑誌論文] 高温超伝導物質と高熱伝導スピン計物質を求めて (2011)
  • 著者名/発表者名: 小池洋二
  • 雑誌名: 翠巒 巻: 25 ページ: 14-18
• [学会発表] Thermal Conductivity due to Magnons in High-Quality Single Crystals of the Two-Leg Spin-Ladder System (Ca,Sr,Ba,La)_<14>Cu_<24>O_<41> (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Naruse, T. Kawamata, M. Ohno, Y.Matsuoka, K. Kumagai,Y. Koike
  • 学会等名: Excellent Graduate Schools 2012 Annual Meeting & Japan-Russia Workshop on Advanced Materials Synthesis Process and. Nanostructure
  • 発表場所: 華乃湯(仙台)
  • 年月日: 2013-03-07
• [学会発表] S=1の1次元量子スピン系ANiX3(A=Rb,Cs;X=Cl,Br)におけるスピンによる熱伝導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松岡禎知,川股隆行,成瀬晃樹,大野真澄,西脇洋一,加藤徹也,佐々木孝彦,小池洋二
  • 学会等名: 日本応用物理学会東北支部第67回学術講演会
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所(仙台)
  • 年月日: 2012-12-07
• [学会発表] 擬1次元スピン系ABX3(A=Rb,Cs;B=Co,Ni;X=Cl,Br)におけるスピンによる熱伝導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川股隆行,松岡禎知,成瀬晃樹,大野真澄,西脇洋一,加藤徹也,佐々木孝彦,小池洋二
  • 学会等名: 第6回物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東大(本郷)
  • 年月日: 2012-11-27
• [学会発表] 2本足スピン梯子格子系(Sr,Ba)_9La_5Cu_<24>O_<41>単結晶の高品質化とマグノンによる熱伝導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 成瀬晃樹,川股隆行,大野真澄,松岡禎知,熊谷健一,小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大(横浜)
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] S=1の一次元量子スピン系RbNiBr_3におけるスピンによる熱伝導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松岡禎知,川股隆行,成瀬晃樹,大野真澄,西脇洋一,加藤徹也,佐々木孝彦,小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大(横浜)
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] Thermal conductivity due to magnons in high-quality single crystals of the two-leg spin ladder system (Ca,Sr,La)_<14>Cu_<24>O_<41> (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Naruse, T. Kawamata, M. Sato, M. Ohno, K. Kudo, N. Kobayashi, Y. Koike
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism (ICM2012)
  • 発表場所: Busan (Korea)
  • 年月日: 2012-08-10
• [学会発表] Thermal conductivity and magnetic susceptibility of the 4-leg spin-ladder system (La_<1-x>Y_x)_2Cu_2O_5 and the 5-leg spin-ladder system(La_<1-x>Eu_x)_8Cu_7O_<19> (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, T. Noji, Y. Koike
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism (ICM2012)
  • 発表場所: Busan (Korea)
  • 年月日: 2012-08-10
• [学会発表] Magnetic susceptibility of the quasi one-dimensional spin system Sr_2V_3O_9 (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, M. Uesaka, M. Sato, Y. Koike
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism(ICM2012)
  • 発表場所: Busan (Korea)
  • 年月日: 2012-08-10
• [学会発表] 擬1次元反強磁性体Cu_3Mo_2O_9単結晶における熱伝導と磁気秩序 (2012)
  • 著者名/発表者名: 成瀬晃樹,川股隆行,大野真澄,松岡禎知,長谷正司,黒江晴彦,関根智幸,佐々木孝彦,小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学(広島)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] S=1の一次元量子スピン系ANiX3(A=Rb,Cs;X=Br,Cl)におけるスピンによる熱伝導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松岡禎知,川股隆行,成瀬晃樹,大野真澄,西脇洋一,加藤徹也,佐々木孝彦,小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学(広島)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 擬1次元イジングスピン系RbCoX_3(X=Cl,Br)におけるスピンによる熱伝導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川股隆行,成瀬晃樹,西脇洋一,加藤徹也,松岡禎知,大野真澄,小林典男,小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大
  • 発表場所: 関西学院大学(西宮)
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] 2本足スピン梯子格子系(Ca,Sr,La)_<14>Cu_<24>O_<41>単結晶の高品質化とマグノンによる熱伝導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 成瀬晃樹,川股隆行,佐藤光秀,大野真澄,工藤一貴,小林典男,小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(西宮)
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] 2本足スピン梯子格子系(Ca,Sr,La)_<14>Cu_<24>O_<41>単結晶の高品質化とマグノンによる熱伝導率 (2011)
  • 著者名/発表者名: 成瀬晃樹,川股隆行,佐藤光秀,大野真澄,工藤一貴,小林典男,小池洋二
  • 学会等名: 日本応用物理学会東北支部第66回学術講演会
  • 発表場所: いわて県民情報交流センター(盛岡)
  • 年月日: 2011-12-01
• [学会発表] 熱伝導率から見たPb_2V_3O_9におけるトリプロンのボース・アインシュタイン凝縮相転移 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川股隆行,佐藤光秀,成瀬晃樹,工藤一貴,小林典男,小池洋二
  • 学会等名: 第5回物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東北大(仙台)
  • 年月日: 2011-11-19
• [学会発表] 2本足スピン梯子格子系Ca_9La_5Cu_<24>O_<41>単結晶の高品質化とマグノンによる熱伝導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 成瀬晃樹,川股隆行,佐藤光秀,大野真澄,工藤一貴,小林典男,小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Anisotropic Behavior of Thermal Conductivity in theBose-Einstein Condensed State of the Bond-Alternating Spin-Chain System Pb_2V_3O_9 (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, M. Sato, K. Naruse, K. Kudo, N. Kobayashi, Y. Koike
  • 学会等名: 26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
  • 発表場所: Beijing(China)
  • 年月日: 2011-08-11
• [学会発表] 1次元ボンド交替系Pb_2V_3O_9における熱伝導とボーズ・アインシュタイン凝縮転移 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤光秀,川股隆行,成瀬晃樹,工藤一貴,小林典男,小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟大学(新潟)
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] 2本足スピン梯子格子系Ca_9La_5Cu_<24>O_<41>のマグノンによる熱伝導の向上化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 成瀬晃樹,川股隆行,佐藤光秀,上坂正憲,工藤一貴,小林典男,小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟大学(新潟)
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] 1次元ボンド交替スピン系Pb_2V_3O_9単結晶における強磁場下のボーズ・アインシュタイン凝縮転移と熱伝導の異方性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐藤光秀,川股隆行,上坂正憲,成瀬晃樹,工藤一貴,小林典男,小池洋二
  • 学会等名: 第65回日本応用物理学会東北支部学術講演会
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2010-11-25
• [学会発表] Thermal conductivity due to spinons and triplons in one-dimensional quantum spin systems (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Koike
  • 学会等名: Workshop onTransport Phenomena in Low DimensionalQuantum Magnets
  • 発表場所: Kolymbari(Greek)
  • 年月日: 2010-09-24