一次元三角格子系の電荷・軌道自由度の制御と新奇量子臨界相の創製と異常物性の開拓

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24540373
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 宮坂 茂樹 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70345106)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 軌道秩序 / スピンフラストレーション / 金属-絶縁体転移 / 量子臨界点

研究実績の概要

本研究課題では幾何学的フラストレーションを内包した一次元三角格子系を研究してきた。これらの系では、軌道秩序などによりスピンフラストレーションが解消され、長距離磁気秩序が発生する。本研究では、キャリアドーピング効果により磁気・軌道の長距離秩序を融解させ、スピンフラストレーションを復活させることを試みた。この融解した電子状態はスピン・軌道のゆらぎが非常に強く、新奇な量子臨界現象が発現すると期待される。本研究では、母物質が磁気・軌道秩序を示すCa(V1-xCrx)2O4を対象に研究を行った。軌道秩序が生じているV3+サイトへ、3d電子数が一つ多いCr3+を元素置換することにより、実効的な電子ドーピングが可能となる。
FZ法で育成したCa(V1-xCrx)2O4の単結晶を用いて、x=0.1近傍の放射光単結晶構造解析、磁化測定を行ったところ、x=0.10において軌道秩序とそれに伴う構造相転移が消失し、同時に長距離反強磁性がスピングラスに変化することが判明した。これらは、ｘ＝0.10が軌道・磁気秩序の量子臨界点であることを示唆している。
母物質のCaV2O4はモット絶縁体で、電気抵抗率は半導体的な振る舞いを示す。Cr置換に伴い電気抵抗率の絶対値は減少していき、磁気・軌道秩序の臨界点であるx=0.10で金属的な振る舞いを示す。この結果は本系では磁気・軌道秩序の融解とともに、キャリアの振る舞いは局在から遍歴的なものへと変化していることを意味している。このように、本系の金属-絶縁体転移は、スピン・軌道・電荷の自由度が互いに結合した現象となっていることが判明した。その臨界組成であるx=0.10の低温の電気抵抗率は、通常のフェルミ液体の温度の2乗に比例した振る舞いではなく、温度の0.5乗に比例した異常な振る舞いを示す。これは、スピン・軌道のゆらぎが強く作用した結果によるものだと予想している。

研究成果

• [雑誌論文] Electronic phase diagram of SrFe2(As1-xPx)2 : Effect of structural dimensionality (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, S. Miyasaka, S. Tajima, N. Chikumoto
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 104702-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.104702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of the phase diagram of LaFeP1-xAsxO1-yFy (y=0-0.1) (2014)
  • 著者名/発表者名: K. T. Lai, A. Takemori, S. Miyasaka, F. Engetsu, H. Mukuda, S. Tajima
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 ページ: 064504-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.064504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative study of the effects of electron irradiation and natural disorder in single crystals of SrFe2(As1-xPx)2 superconductor (x=0.35) (2014)
  • 著者名/発表者名: C. P. Strehlow, M. Konczykowski, J. A. Murphy, S. Teknowijoyo, K. Cho, M. A. Tanatar, T. Kobayashi, S. Miyasaka, S. Tajima, R. Prozorov
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 ページ: 020508(R)-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.020508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of novel antiferromagnetic order intervening between two superconducting phases in LaFe(As1-xPx)O: 31P-NMR studies (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Mukuda, F. Engetsu, T. Shiota, K. T. Lai, M. Yashima, Y. Kitaoka, S. Miyasaka, S. Tajima
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 083702-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.083702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strongly three-dimensional electronic structure and Fermi surfaces of SrFe2(As0.65P0.35)2: Comparison with BaFe2(As1-xPx)2 (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, T. Kobayashi, S. Miyasaka, T. Yoshida, K. Okazaki, L. C. C. Ambolode II, S. Ideta, M. Yi, M. Hashimoto, D. H. Lu, Z. –X. Shen, K. Ono, H. Kumigashira, S. Tajima, A. Fujimori
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 ページ: 184513-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.184513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antiferromagnetic spin fluctuations enhancing superconducting transition temperature in LaFeAsO-based high-Tc superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Mukuda, K. Yamamoto, K. T. Lai F. Engetsu, M. Yashima, Y. Kitaoka, A. Takemori, S. Miyasaka, S. Tajima
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc 巻: 3 ページ: 015038-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSCP.3.015038
  • 査読あり
• [学会発表] 幾何学的フラストレーション系CaV2O4のCr置換による軌道秩序および構造相転移の抑制 (2015)
  • 著者名/発表者名: 徳久太一、宮坂茂樹、田島節子、佐賀山基、中尾裕則、熊井玲児、村上洋一
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ2014（第6回MLFシンポジウム、第32回PFシンポジウム）
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-18
• [学会発表] CaV2O4における磁気・軌道秩序へのCr置換効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 徳久太一、宮坂茂樹、田島節子、中尾裕則、熊井玲児、村上洋一
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Two-types of quantum critical behaviors by 2- and 3-dimensional spin fluctuation near Mott transition in perovskite vanadates (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Miyasaka
  • 学会等名: Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2014
  • 発表場所: Incheon, Korea
  • 年月日: 2014-06-23 – 2014-06-27
  • 招待講演
• [備考] 大阪大学田島研究室
  • URL: http://buna.phys.sci.osaka-u.ac.jp/news_j.html
• [備考] 大阪大学物理学専攻年次報告
  • URL: http://www.phys.sci.osaka-u.ac.jp/ja/aboutus/index.html