フェルダジルラジカルを用いた新奇量子スピン系の構築

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24740241
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 山口 博則 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (70581023)
• キーワード: スピンラダー

研究概要

梯子の足方向に強磁性相互作用を有するレッグフェロラダー3-Cl-4-F-VのClをBrに置き換えた3-Br-4-F-Vに関して低温磁気状態を詳細に調べた。第一原理分子軌道計算から3-Cl-4-F-Vと同様なレッグフェロラダーを形成していることを明らかにした。一方で3-Cl-4-F-Vとは異なり反強磁性的な梯子の桁方向相互作用が比較的強く、5 T程度の比較的大きなゼロ磁場ギャップを有していることが分かった。温度磁場相図においては、磁場誘起長距離秩序相よりも高温側に非自明な相が観測された。NMR測定における緩和時間の温度依存性においては相境界において二段階の発散的傾向が見られ、非自明相では各サイトのスピンの成分が部分的に秩序している可能性が示唆された。また、長距離秩序相におけるスペクトルにおいては内部磁場の連続的な変化が見られ、非整合な磁気秩序状態を形成していることが明らかになった。これらの結果から、梯子間の磁気相互作用にフラストレーションが生じていると考えられた。
新たに合成に成功した3-I-Vにおいても、3-Cl-4-F-V及び3-Br-4-F-Vと同様な分子配列を持つことからレッグフェロラダーの形成が予想された。実際に第一原理分子軌道計算の結果から相互作用の大きさを見積もり、強磁性的な梯子の足方向の相互作用が比較的強いことが示された。さらに、他の２つのラダーとは異なり、隣接する桁方向を対角に結ぶような強磁性的相互作用の存在が示唆され、梯子内でのフラストレーションの可能性が考えられた。磁気測定においては、他の２つのラダーで観測されたような逐次相転移は見られない一方で、飽和磁場近傍に非自明な相が出現した。強い強磁性相関の寄与と低次元的なフラストレーションの効果で、飽和磁場近傍にスピン多極子相関による秩序相が現れていると考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] Fine-Tuning of Magnetic Interactions in Organic Spin Ladders (2014)
  • 著者名/発表者名: Hironori Yamaguchi, Hirotsugu Miyagai, Tokuro Shimokawa, Kenji Iwase, Toshio Ono, Yohei Kono, Naoki Kase, Koji Araki, Shunichiro Kittaka, Toshiro Sakakibara, Takashi Kawakami, Kouichi Okunishi, and Yuko Hosokoshi
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 033707-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.033707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure and Magnetic Properties of the Verdazyl Biradical m-Ph-V2 Forming a Ferromagnetic Alternating Double Chain (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenji IWASE, Hironori YAMAGUCHI, Toshio ONO, Tokuro SHIMOKAWA, Hiroki NAKANO,Akira MATSUO, Koichi KINDO, Hiroyuki NOJIRI, and Yuko HOSOKOSHI
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 82 ページ: 074719-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.074719
  • 査読あり
• [雑誌論文] Various regimes of quantum behavior in an S=1/2 Heisenberg antiferromagnetic chain with fourfold periodicity (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, T. Okubo, K. Iwase, T. Ono, Y. Kono, S. Kittaka, T. Sakakibara, A. Matsuo, K. Kindo, and Y. Hosokoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 ページ: 174410-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.174410
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasi-one-dimensional S=1/2 Heisenberg antiferromagnetic chain consisting of the organic radical p-Br-V (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenji Iwase, Hironori Yamaguchi, Toshio Ono, Yuko Hosokoshi, Tokuro Shimokawa, Yohei Kono, Shunichiro Kittaka, Toshiro Sakakibara, Akira Matsuo, and Koichi Kindo
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 ページ: 184431-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.184431
  • 査読あり
• [学会発表] 新規一次元鎖有機反強磁性体α-2-Cl-4-F-Vの極低温磁化測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 河野洋平，榊原俊郎，山口博則，濱田領平，細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] 強磁性相互作用を含む梯子格子磁性体における新奇量子相 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮外浩嗣，山口博則，小野俊雄，下川統久朗，吉田誠，瀧川仁，河野洋平，橘高俊一郎，榊原俊郎，奥西巧一，大久保毅，川上貴資，細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] 強磁性鎖から成るスピンラダー3-I-Vの低温物性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山口博則，宮外浩嗣，小野俊雄，河野洋平，橘高俊一郎，榊原敏郎，下川統久朗，細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] 4倍周期磁気構造を持つ新規一次元磁性体の低温物性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山口博則，小野俊雄，木田孝則，萩原政幸，大久保毅，松尾晶，金道浩一，荒木幸治，橘高俊一郎，榊原俊郎，細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] 強磁性相互作用を含む新規梯子格子磁性体の低温物性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮外浩嗣，山口博則，岩瀬賢治，小野俊雄，下川統久朗，細越裕子
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
  • 年月日: 20130925-20130928
• [備考] 4倍周期鎖における多彩な量子状態
  • URL: http://www.p.s.osakafu-u.ac.jp/~yhoso/topic/b26Cl2V.html