有機磁性体における多重量子液体相の探索

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25620052
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 磯野 貴之 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (70625631)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 複合物性 / 量子スピン液体 / 量子常誘電 / 強相関電子系 / 分子性固体

研究実績の概要

本研究は，磁性体の新たな状態と考えられている量子スピン液体状態を実験的に実現すること，および量子スピン液体と量子常誘電との共存状態である多重量子液体状態を探索することを目的とした．昨年度までに，三角格子系有機磁性体κ-H_3(Cat-EDT-TTF)_2の極低温・強磁場下磁気トルク測定を行い，反強磁性的交換相互作用の1000分の1という極低温まで長距離磁気秩序が存在せずに量子スピン液体状態が実現していること，およびその液体状態において磁気励起にギャップが存在しないことを明らかにしている．本年度は，κ-H_3(Cat-EDT-TTF)_2の量子スピン液体状態における熱力学的特性を明らかにするため，不純物レベルの極めて小さな磁気エントロピー変化を検出できる磁気熱量効果の測定システムを立ち上げた．測定の結果，量子スピン液体状態において，磁気エントロピーが磁場印加によって急激に減少し，高磁場でほとんど変化がなくなるという特異な振舞いを明らかにした．この成果は，現在発表準備を進めている．
また，量子スピン液体状態を示す新物質の探索を目的としてβ-(BDA-TTP)_2I_3の低温磁気トルク測定を行ったところ，約40 Kで磁気転移を発見した．この磁気転移は，単純なスピンモデルを用いた磁気トルクのシミュレーションから，リング交換相互作用という高次の交換相互作用により生じていることを指摘した．リング交換相互作用によるフラストレート磁気状態は，電子スピン系における初めての発見である。以上の成果は，現在論文投稿中である．

研究成果

• [雑誌論文] Gapless Quantum Spin Liquid in an Organic Spin-1/2 Triangular-Lattice kappa-H3(Cat-EDT-TTF)2 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Isono, H. Kamo, A. Ueda, K. Takahashi, M. Kimata, H. Tajima, S. Tsuchiya, T. Terashima, S. Uji, and H. Mori
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 112 ページ: 177201-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.177201
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrogen-Bond-Dynamics-based Switching of Conductivity and Magnetism: A Phase Transition caused by Deuterium and Electron Transfer in a Hydrogen-Bonded Purely Organic Conductor Crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Ueda, S. Yamada, T. Isono, H. Kamo, A. Nakao, R. Kumai, H. Nakao, Y. Murakami, K. Yamamoto, Y. Nishio, and H. Mori
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 136 ページ: 12184-12192
  • DOI: 10.1021/ja507132m
  • 査読あり
• [雑誌論文] Uniaxial Strain Effect of Moderately Dimerized Molecular Conducotr beta-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6 (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishida, T. Isono, A. Ueda, and H. Mori
  • 雑誌名: Europian Journal of Inorganic Chemistry 巻: 2014 ページ: 3845-3849
  • DOI: 10.1002/ejic.201402463
  • 査読あり
• [学会発表] 低温磁気トルクから見たkappa-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3の量子スピン液体状態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 磯野貴之，寺嶋太一，宮川和也，鹿野田一司，宇治進也
  • 学会等名: 日本物理学会2015年年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 量子スピン液体状態における磁気熱量効果：kappa-H3(Cat-EDT-TTF)2の場合 (2014)
  • 著者名/発表者名: 磯野貴之，寺嶋太一，上田 顕，森 初果，宇治進也
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Frustrated Magnetic Order in the Organic Spin-1/2 Square Lattice beta-(BDA-TTP)2I3 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Isono, T. Terashima, K. Kikuchi, J. Yamada, and S. Uji
  • 学会等名: International Conferences of Strongly Correlated Electron System (SCES2014)
  • 発表場所: フランス
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [学会発表] Anomalous Antiferromagnetic Order in the Organic Mott Insulator beta-(BDA-TTP)2I3 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Isono, T. Terashima, K. Kikuchi, J. Yamada, and S. Uji
  • 学会等名: International Conferences on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM2014)
  • 発表場所: フィンランド
  • 年月日: 2014-06-30 – 2014-07-05