パルス強磁場中における磁化と歪み測定によるスピンネマティック相関の検証

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 量子液晶の物性科学
• 研究課題/領域番号: 22H04467
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石川 孟 東京大学, 物性研究所, 助教 (70843192)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: スピン液晶 / パルス強磁場 / 単結晶育成 / 磁化測定 / 磁歪測定

研究実績の概要

本申請では電子スピンの量子液晶状態であるスピンネマティックを研究対象とし、候補物質の単結晶試料の合成、パルス強磁場中の磁化測定、および、磁歪測定を組み合わせてその特徴を捉えることを目的とした。
30テスラ近傍の磁場領域でスピンネマティック状態を示す候補物質である二次元磁性体ボルボサイトCu3V2O7(OH)2・2H2Oの単結晶の育成に取り組んだ。磁化の異方性、磁歪の結晶軸方向依存性の測定に適した大型の単結晶を得ることに成功した。
パルス強磁場中での磁化測定の結果、磁性層に垂直な方向に磁場を印加した場合、磁化プラトーを示す30テスラの直前の磁場領域で、磁化が非線形な振る舞いを示すことを観測した。さらに、さまざまな形状の単結晶を用いて磁歪の測定を行い、磁化と磁歪の対応関係を明らかにした。一般的な磁性体では磁歪は磁化に対して、ある冪に従って変化することが報告されているが、30テスラ近傍では低磁場の冪の振る舞いから外れる変化を観測した。これは、強磁場中で低磁場とは異なるスピン相関が発達しているためであると考えられ、直接的な観測が困難であるスピンネマティック状態の解明にとって重要な実験結果が得られたといえる。
さらに、ハニカム格子に関連した特異な幾何学格子を持つ有機無機ハイブリッド磁性体の単結晶を育成し、パルス強磁場を用いて磁化飽和にいたる磁場領域までの磁性を調べた。特に、三次元ハニカム格子を有する物質においては、常磁性状態と磁気秩序状態の中間の温度領域に存在する新たな磁気相を発見した。この相は、スピン相関が発達しているが長距離秩序が存在しないという点でスピンネマティック状態との類似性がみられ、今後の研究に資する新物質を提示することができた。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] IFW Dresden(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: IFW Dresden
• [国際共同研究] Loughborough University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Loughborough University
• [雑誌論文] Jeff=1/2 Hyperoctagon Lattice in Cobalt Oxalate Metal-Organic Framework (2024)
  • 著者名/発表者名: Hajime Ishikawa, Shusaku Imajo, Hikaru Takeda, Masafumi Kakegawa, Minoru Yamashita, Jun-ichi Yamaura, Koichi Kindo
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 132 ページ: 156702
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.156702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Breathing pyrochlore magnet CuGaCr4S8: Magnetic, thermodynamic, and dielectric properties (2023)
  • 著者名/発表者名: Masaki Gen, Hajime Ishikawa, Atsushi Miyake, Takeshi Yajima, Harald O. Jeschke, Hajime Sagayama, Akihiko Ikeda, Yasuhiro H. Matsuda, Koichi Kindo, Masashi Tokunaga, Yoshimitsu Kohama, Takashi Kurumaji, Yusuke Tokunaga, Taka-hisa Arima
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 7 ページ: 104404
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.7.104404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Electronic Properties of a Triangular Lattice Magnet NaPrTe2 Compared with NaNdTe2 and NaTbTe2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Koki Eto, Yoshihiko Okamoto, Naoyuki Katayama, Hajime Ishikawa, Koichi Kindo, Koshi Takenaka
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 92 ページ: 094707
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.094707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Signatures of a magnetic superstructure phase induced by ultrahigh magnetic fields in a breathing pyrochlore antiferromagnet (2023)
  • 著者名/発表者名: Masaki Gen, Akihiko Ikeda, Kazushi Aoyama, Harald O Jeschke, Yuto Ishii, Hajime Ishikawa, Takeshi Yajima, Yoshihiko Okamoto, Xuguang Zhou, Daisuke Nakamura, Shojiro Takeyama, Koichi Kindo, Yasuhiro H Matsuda, Yoshimitsu Kohama
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 ページ: e2302756120
  • DOI: 10.1073/pnas.2302756120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic-field-induced valence change in Eu(Co1－xNix)2P2 up to 60 T (2023)
  • 著者名/発表者名: Raito Nakamura, Azumi Ishita, Jin Nakamura, Hiroto Ohta, Yuya Haraguchi, Hiroko Aruga Katori, Hajime Ishikawa, Akira Matsuo, Koichi Kindo, Minoru Nohara, Akihiko Ikeda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 235110
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.235110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity at 12 K in La2IOs2: A 5d metal with osmium honeycomb layer (2023)
  • 著者名/発表者名: Hajime Ishikawa, Takeshi Yajima, Daisuke Nishio-Hamane, Shusaku Imajo, Koichi Kindo, Mitsuaki Kawamura
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 7 ページ: 054804
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.7.054804
  • 査読あり
• [学会発表] Search for the honeycomb quantum spin liquid materials without Ir, Ru, and Co (2023)
  • 著者名/発表者名: Hajime Ishikawa
  • 学会等名: Quantum Magnetism and Topology 2023 (QMT 2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High magnetic field investigations of quantum spin liquid candidates based on the Cu-spin trimer (2023)
  • 著者名/発表者名: Hajime Ishikawa
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023)
  • 国際学会
• [学会発表] 量子磁性体の配位子場制御による新奇相開拓 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石川孟
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
  • 招待講演