2017 Fiscal Year Annual Research Report
Magnetism and Superfluidity in Charge-Neutral Fermi Particles in Two Dimensions
| Project/Area Number |
15H03684
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
福山 寛 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00181298)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村川 智 東京大学, 低温センター, 准教授 (90432004)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 量子スピン液体 / 量子液晶 / 2次元フェルミ系 / 異方的超流動 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
グラファイト表面を重水素化水素(HD)2分子層でコートした上に吸着させた単原子層3Heの磁気比熱を測定し、2種類の特異なギャップレス量子スピン液体(QSL)を見出した。
一つは、本研究で新たに見つかった整合固相が示す核磁性で、比熱は交換相互作用の大きさに対応して20 mK付近に緩やかな単一ピークをもち、それより低温で温度の2/3に比例して減少する。先行研究の実験データを再解析ところ、当該密度で帯磁率も温度の－1/3乗に比例して発散することが分かった。こうした分数べき指数は極めて特異な振る舞いであり、波数の3乗に比例する分散関係をもつフェルミ粒子型の新奇磁気素励起の存在を強く示唆している。
もう一方のQSLは、整合相より高密度側で20 %を超える広い密度範囲で見つかった。温度に比例する低温比熱を示し、帯磁率は絶対零度に向かって緩やかに一定値に近づく。この磁性は、研究代表者が1997年に見出した2層系3HeのギャップレスQSL相と酷似することから、両者は同一量子相と判断される。圧縮性に富む単一相で、より高密度の三角格子固体(強磁性相)とは明確に区別されるため、量子液体でも量子固体でもない新しい量子相、すなわち空間対称性が部分的に破れた「量子液晶」相と考えられる。回転対称性だけが破れた量子ヘキサティック相はその有力候補である。今後、結晶格子の量子ゆらぎとQSL磁性との関連が注目される。
こうした実験結果のサイズ効果を調べるため、従来のGrafoilより単結晶子サイズが10倍大きいZYX基板を使った新たな比熱測定セルを設計製作した。ZYXはGrafoilの1/10の比表面積しかもたないため、容器素材に超伝導Nbを使用してアデンダの寄与を低減したのが技術的に新しい点である。
|
| Research Progress Status |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
|
